Назначение и классификация редукторов. Редукторы при газопламенной обработке материалов предназначены для понижения давления газа, отбираемого из баллона или газопровода, и для поддержания постоянства расхода и давления газа в пределах, требуемых данным технологическим процессом.
В зависимости от конструкции и назначения редукторы можно классифицировать по следующим признакам:
1) по пропускной способности и рабочему давлению - баллонные, постовые (сетевые) и центральные (рамповые);
2) по принципу действия - прямого и обратного действия;
3) по числу камер (ступеней) редуцирования - однокамерные (одноступенчатые) и двухкамерные (двухступенчатые);
4) по конструкции - безрычажные и рычажные, пружинные и беспружинные;
5) по виду редуцируемого газа - кислородные, ацетиленовые, воздушные, пропановые, водородные и др.;
6) по давлению газа перед редуктором - высокого давления [16,5-40 МПа (165-400 кгс/см²)] и среднего давления [1,5-4 МПа (15-40 кгс/см²)].
В технике применяют также редукторы специализированного назначения, отвечающие заданным условиям работы той машины или прибора, в комплект которого они входят.
ГОСТ 6268-68 «Редукторы для газопламенной обработки» предусматривает выпуск 18 типоразмеров редукторов на различные давления и пропускную способность для газопламенной обработки материалов.
Принцип действия редуктора. На рис. 15 показаны принципиальные схемы редукторов прямого и обратного действия. Для понижения давления газа используется процесс дросселирования сжатого газа с помощью редуцирующего клапана.
Для поддержания давления газа после клапана постоянным служит гибкая мембрана, которая с одной стороны находится под давлением газа после редуцирующего клапана (рабочим давлением), а с другой - под действием усилия главной регулирующей пружины или установочного давления (в редукторах с беспружинной регулировкой рабочего давления).
При изменении давления газа в рабочей камере редуктора мембрана деформируется в соответствующую сторону, увеличивая или уменьшая площадь проходного сечения редуцирующего клапана, что, в свою очередь, приводит к уменьшению или увеличению степени дросселирования давления газа. При уменьшении проходного сечения клапана расход газа уменьшается, а степень дросселирования возрастает, при увеличении сечения - наоборот.


В редукторе прямого действия давление газа до редуцирования действует под клапан, стремясь его открыть (рис. 15, б), а в редукторе обратного действия - на клапан, стремясь его закрыть (рис. 15, а). Наибольшее применение получили редукторы обратного действия, так как они более компактны, проще по конструкции, имеют меньшее количество деталей и надежнее в работе. Это объясняется тем, что в редукторах обратного действия упрощается связь редуцирующего клапана с мембраной.
Рабочие характеристики редуктора. Рабочее давление и пропускную способность выбирают в соответствии с требованиями технологического процесса. Пропускная способность определяется не только площадью открытия сечения редуцирующего клапана, но и площадью сечения сопла для выхода газа из редуктора. При одном и том же рабочем давлении пропускная способность возрастает с увеличением диаметра расходного сопла (рис. 16).



Чувствительность регулировки характеризуется изменением величины рабочего давления при повороте регулирующего винта главной пружины на 1/4 оборота и зависит от отношения рабочей площади мембраны к площади сечения редуцирующего клапана, от шага резьбы регулирующего винта и от жёсткости главной пружины.
Для постовых редукторов чувствительность регулировки обычно равна 0,05-0,15 МПа (0,5-1,5 кгс/см²) на 1/4 оборота винта.
Предел редуцирования - это величина (рис. 17) минимального давления р_1min перед редуктором, при которой рабочее давление начинает быстро падать: р_1min=(2...2,5)р₂,
где р₂ - рабочее давление редуктора при нормальном расходе газа, МПа или кгс/см².
Предел редуцирования соответствует наступлению критического отношения давлений р₂/р_1min=0,528.


Перепад давления показывает относительную величину повышения рабочего давления р₂ редуктора при прекращении расхода газа через него:



Величина перепада характеризует качество конструкции и изготовления редуктора.
На рис. 18 показана конструкция однокамерного кислородного редуктора ДКП-1-65, а на рис. 19 конструкция двухкамерного кислородного редуктора ДКД-8-65. В двухкамерных редукторах газ последовательно редуцируется в двух камерах - в первой с начального до промежуточного давления 4-5 МПа (40-50 кгс/см²), во второй - с промежуточного до рабочего давления. Во второй ступени двухкамерного редуктора на колебания рабочего давления влияет только величина изменения давления после первой камеры редуцирования. Поэтому в этих редукторах обеспечивается высокое постоянство рабочего давления после редуктора.


Конструкция рампового редуктора с установочным давлением для регулирования величины рабочего давления показана на рис. 20. Степень открытия клапана 4 определяется перемещением мембраны 8, на которую снизу действует давление кислорода, поступающего в пространство под мембраной по каналу 9 от вспомогательного (установочного) редуктора 2. Избыточный газ из-под мембраны сбрасывается в рабочую камеру 7 через дюзу 10.
Основы безопасной эксплуатации редукторов. Чтобы исключить возможность применения редуктора из-под кислорода для работы с горючим газом и наоборот, присоединительные элементы редукторов изготовляют различными. Так, кислородные, воздушные и аргонные редукторы имеют на присоединительном штуцере накидную гайку с резьбой правой, трубной, диаметром 3/4 дюйма; водородные и пропановые редукторы снабжены накидной гайкой с левой трубной резьбой диаметром 1/2 дюйма. На ацетиленовые редукторы вместо накидной гайки установлен специальный присоединительный хомут для крепления редуктора к вентилю ацетиленового баллона. Редукторы окрашивают в условные цвета: кислородные - в голубой, водородные и пропановые - в красный, ацетиленовые - в белый.


Выгорание клапана кислородных редукторов. На рис. 21 показаны два случая выполнения каналов для подвода сжатого кислорода к клапану редуктора. При резком открывании вентиля баллона кислород, находящийся в канале Д подвергается ударному адиабатическому сжатию и его температура мгновенно повышается до 980-1000°С в месте контакта с уплотнением клапана 2. Если уплотнитель недостаточно теплостоек или имеет поверхностные дефекты (волокна, вмятины, посторонние включения и пр.), то возможно его воспламенение в среде сжатого кислорода. Это приводит к выгоранию клапана, а также может вызвать выгорание пружины, мембраны и других частей редуктора, что представляет опасность для окружающего персонала.
Учитывая это, в современных редукторах применяют схему подвода газа к клапану по рис. 21, б. При этом клапан расположен так, что струя кислорода попадает сначала в камеру над клапаном, где может расшириться; до клапана установлен теплопоглотитель в виде сетки или дюзы с отверстиями.
Замерзание редукторов. При дросселировании газа в редукторе происходит его охлаждение вследствие проявления эффекта Джоуля-Томсона. Если в газе содержатся пары воды, то они могут конденсироваться и замерзать в каналах клапана, забивая его кристаллами льда. Опасность замерзания редуктора тем больше, чем выше влажность и начальное давление газа, больше расход газа через редуктор и чем ниже температура окружающей среды.
Для уменьшения возможности замерзания редуктора применяют двухступенчатое дросселирование или предварительную осушку, или подогрев газа перед редуктором. Отогревать замерзший редуктор допускается только горячей водой или паром. Применение для этого открытого пламени запрещается.


Негерметичность клапана редуктора. В этом случае редуктор пропускает газ при полностью освобожденной нажимной пружине. Причиной негерметичности может являться повреждение седла или уплотнения клапана, попадание под клапан посторонних частиц и пр. Негерметичность может вызвать недопустимое повышение давления в рабочей камере редуктора и разрыв мембраны. При обнаружении негерметичности редуктора он должен быть сдан в ремонт.
Регуляторы давления. Для поддержания давления на заданном уровне применяют регуляторы, работающие на малых перепадах давлений. По принципу действия они аналогичны редукторам. Их используют в ацетиленовых установках среднего давления для поддержания постоянного давления ацетилена, поступающего в сеть, при переменном его давлении в генераторе. Регуляторы применяют также в системах равного давления для обеспечения равенства давлений кислорода и ацетилена перед поступлением их в горелку.


На рис. 22 представлена конструкция регулятора давления ацетилена с обратной пружиной. Клапан 1 прижимается к седлу 2 обратной пружиной 3 с постоянным усилием, не зависящим от давления в рабочей камере. Стержень 4 ввернут в тело клапана и представляет собой отдельную деталь, не скрепленную с нажимным болтом 5, отходящим от стержня клапана при подъеме мембраны. Величину открытия клапана устанавливают болтом 6, сжимающим главную пружину 7. При изменении давления газа после клапана мембрана 8 перемещается в ту или другую сторону, соответственно прикрывая или открывая клапан для поддержания постоянным давления газа после клапана.
На рис. 23 показана конструкция регулятора равного давления ДКР, применяемого в системах равного давления для безынжекторных горелок ГАР конструкции ВНИИАВТОГЕНМАШа. Регулятор беспружинный, в качестве регулирующего газа используется ацетилен, поступающий в горелку по ниппелям 1 и 6. Воздействуя на двойную мембрану 2, ацетилен поддерживает постоянной площадь проходного сечения регулирующего клапана 3, к которому по штуцеру 4 поступает кислород, выходящий далее в горелку через ниппель 5. Если давление ацетилена уменьшится, то в соответствующей степени сократится подача кислорода и снизится его давление после клапана 3, который в этом случае прикрывается, сохраняя заданное постоянное отношение давлений обоих газов, поступающих в горелку. При возрастании давления ацетилена, наоборот, клапан 3 открывается, и давление кислорода после клапана несколько повышается. Регулятор обеспечивает постоянство состава горючей смеси в горелке.