ПАТРОН КЛАПАНА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА Российский патент 1995 года по МПК F16K1/12 

Настоящее изобретение относится к патронам клапанов для регулирования давления газа.

Используемый патрон устанавливают в кожух и они в комплекте представляют собой модуль для регулирования давления газа, который монтируют в линию газовой магистрали или трубопровода и, предпочтительно, размещают под землей.

Известен клапан для регулирования давления газа (1), содержащий корпус с каналом для прохождения через него потока текучей среды и имеющий выпускное и впускное отверстия, сообщенные с упомянутым каналом, установленный внутри корпуса и связанный с приводными средствами клапанный элемент, перекрывающий поток текучей среды в определенном зауженном месте канала, причем клапанный элемент установлен с возможностью перемещения в направлении поперечном направлению потока среды в указанном зауженном месте; защитный элемент, находящийся выше по потоку от упомянутого зауженного места и необходимый для защиты подвижного клапанного элемента от потока текучей среды, при этом клапанный элемент имеет поршнеобразную форму и установлен с возможностью взаимодействия с защитным элементом. Кроме того, между клапанным элементом и защитным элементом установлены уплотнительные средства, при помощи которых компенсирующая камера изолирована от потока рабочей среды в то время, когда клапан закрывается.

В этом клапане газовый поток вначале проходит вокруг защитного элемента, а затем подходит к сужающемуся участку канала.

При входе в сужающуюся часть потоки газа движутся радиально к оси канала, а затем, пройдя узкий участок, потоки газа меняют свое направление на противоположное.

При этом перемещение клапанного элемента в сторону закрытия совпадает с направлением движения газового потока во входной части канала, то есть газовый поток направлен вверх и клапанный элемент для закрытия клапана перемещается вверх.

Недостатком этого устройства является то, что поток рабочей среды после прохода сужающегося участка канала резко изменяет свое направление на противоположное.

Известен также регулятор давления газа, содержащий кожух с впускным и выпускным отверстиями, установленную в кожухе перегородку, к которой одним концом прикреплен полый корпус, трубчатый впускной элемент с седлом, закрепленный на другом конце корпуса, привод, шток которого соединен с запорным органом, взаимодействующим с седлом, причем шток привода, проходящий через перегородку, нагружен пружиной (2).

Недостатком известного устройства является то, что запорный орган выполнен неразгруженным, кроме того, в устройстве отсутствует отражатель, предохраняющий запорный орган от воздействия потока рабочей среды.

В основу настоящего изобретения положения задача создания клапана, в котором был бы предотвращен обратный ход газового потока после прохождения им сужения в канале, причем перемещение клапанного элемента при закрытии было бы противоположно общему направлению газового потока.

Кроме того, в клапане решается задача снижения потребного приводного усилия за счет выполнения запорного органа разгруженным.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображено вертикальное сечение патрона клапана для регулирования давления газа внутри кожуха, образующего с клапаном единый модуль; на фиг. 2 - блок-схема модуля, установленного в газовую магистраль.

Патрон 1, установленный в кожухе 2, которые вместе образуют модуль для регулирования давления газа. Патрон 1 содержит следующие детали: перегородку 3, полый корпус 4, прикрепленный одним концом 5 к перегородке 3, открытый с концов трубчатый впускной элемент 6, соединенный со вторым концом 7 корпуса 4, клапанный элемент 8, размещенный в корпусе 4 и прикрепленный к штоку 9 клапана, проходящему через перегородку 3, седло 10 клапана, размещенного на трубчатом впускном элементе 6, выпускной зазор 11, образованный между корпусом 4 и впускным элементом 6. В трубчатом впускном элементе 6 может быть установлен дополнительный запорный элемент 12. Последний снабжен направляющими лопатками 13, взаимодействующими с внутренней поверхностью впускного элемента 6. Запорный элемент 12 имеет кольцевое уплотнение 14, взаимодействующее при закрытии клапана с кольцевым буртиком 15 на впускном элементе 6. Запорный элемент 12 нагружен в направлении закрытия нажимной пружиной 16. Для удержания запорного элемента 12 в открытом положении к нему присоединен трос 17, идущий вначале от запорного элемента вниз, охватывающий шкив 18 и от него направляющийся вверх к приводному механизму 19. Рукоятка 20 повторного включения обеспечивает повторное открытие запорного элемента 12 после выключения приводного механизма 19. Запорный орган 8 имеет чашеобразную форму с юбкой 21 на конце, которая размещена с возможностью перемещения в зазоре 22 между стенкой корпуса 4 и неподвижным отражателем 23. Последний закреплен на трех стойках 24, соединенных с корпусом 4. Каждая стойка 24 размещена в соответствующем отверстии 25 в основании запорного органа 8.

Наружная кольцевая кромка первой кольцевой диафрагмы 26 соединена с корпусом 4, а ее внутренняя кольцевая кромка соединена с запорным органом 8. У второй кольцевой диафрагмы 27 ее наружная кольцевая кромка соединена с корпусом 4, а внутренняя кольцевая кромка соединена со штоком привода 9. Рабочий поршень 28, соединенный с корпусом мембраной 29, закреплен на штоке 9, проходящем сквозь поршень. Поршень 28 расположен частично в корпусе 4, а частично в углублении, выполненном в перегородке 3, при этом указанный поршень соединен с перегородкой кольцевой уплотнительной диафрагмой 30. Полость, ограниченная корпусом 4 и первой кольцевой диафрагмой 26 сообщена с полостью, ограниченной корпусом 4 и второй кольцевой диафрагмой 27 через отверстие в корпусе 4 (отверстие на рисунках не показано). Это отверстие выполнено рядом и параллельно центральному каналу, в котором размещен шток привода 9. Конец штока привода 9, выходящий из рабочего поршня 28, прикреплен к нижнему концу натяжной пружины 31. Верхний конец пружины закреплен на опоре 32 в полой стойке 33, установленной на перегородке 3. На стойке 33 закреплены рядом две ручки, из которых на рисунке показана только одна 34. Ручки предназначены для подъема патрона 1 из кожуха 2 модуля. Патрон 1 имеет кольцевое уплотнение 35, расположенное на перегородке 3 и другое кольцевое уплотнение 36, находящееся снаружи трубчатого элемента 6. В кожухе 2 имеется впускное отверстие 37 и выпускное отверстие 38. Кожух снабжен съемной крышкой 39, закрывающей полость, в которой установлен фильтр 40, и второй крышкой 41, закрывающей полость с патроном. Впускное и выпускное отверстия сообщены между собой через полость в нижней части 42 кожуха. В верхней части кожуха размещены клапан регулятора 43, управляющий клапан 44, хронометрирующий управляющий клапан 45 и предохранительный клапан 46.

На фиг. 2 показана схема патрона 1 клапана для регулирования давления газа. Патрон размещен внутри кожуха 2, образующего вместе с ним модуль. На фиг. 2 отсутствуют диафрагма 26 и отражатель 23 как самостоятельный элемент. При этом отражатель входит в конструкцию запорного органа 8. Впускное отверстие 37 кожуха 1 соединено с впускной частью 47 газопровода или магистрали, а выпускное отверстие 38 кожуха 2 соединено с выпускной частью 48 магистрали. Для упрощения фильтр 40 и дополнительный запорный элемент 12 не показаны.

Из фиг. 2 видно, каким образом управляющая система регулирования, установленная на верхней стороне перегородки 3, соединена с клапаном, состоящим из запорного органа 8 и седла 10. Соединительные трубы, ведущие к различным частям управляющей системы регулирования, находятся в патроне 1 клапана, за исключением соединительной трубы 49, которая соединена с выпускной частью магистрали 48 и размещена на некотором расстоянии от кожуха.

Таким образом, к патрону 1 относятся все элементы, показанные на фиг. 2, кроме кожуха 2, впускной 47 и выпускной 48 частей магистрали, конца трубы 49 и клапана с часовым механизмом 50.

Параллельно клапану расположен трубопровод 51. Трубопровод 51 соединен с впускным элементом 6 ниже седла 10 клапана и размещен с выходом за перегородку 3. Часть трубопровода 51, находящаяся внутри кожуха 2, расположена снаружи корпуса 4 и впускного элемента 6. В трубопроводе 51 установлен клапан 43 регулятора давления, дроссель 52, управляющий клапан 44, а также может быть установлен хронометрирующий управляющий клапан 45. Линия сброса 53 в атмосферу размещена ниже по потоку чем клапан 43. В линии 53 установлен предохранительный клапан 54, контролирующий сброс в атмосферу. В конструкции патрона, показанной на фиг. 1, клапан 54 скомбинирован с клапаном 43. Трубопровод 51 имеет отводную линию 53, расположенную ниже по потоку чем дроссель 52. После прохождения через перегородку 3 отводная линия сообщается с полостью над поршнем 28. Полость находящаяся под поршнем 28 соединена с линией сброса 56 в атмосферу. Полость под диафрагмой клапана 43 регулятора соединена с трубопроводом 51, пневмолинией 57, размещенной ниже по потоку. У предохранительного клапана 54 полость под диафрагмой соединена с трубопроводом 51 пневмолинией 58, размещенной выше по потоку. Полсть под диафрагмой управляющего клапана 44 соединена с выпускной частью 48 магистрали трубопроводом 49. Если в конструкцию входит хронометрирующий клапан 45, то его полость под диафрагмой также соединена с линией 49.

Устройство работает следующим образом.

Газ поступает из впускной части газовой магистрали (см. фиг. 1), в кожух 2 через впускное отверстие 37, проходит фильтр 40 и далее в нижнюю часть 42 кожуха 2. Затем газ поступает наверх в трубчатый впускной элемент 6 и выходит из верхнего конца указанного элемента 6 через выпускной зазор 11. После чего газ выходит из кожуха 2 через выпускное отверстие 38 и поступает в выпускную часть газовой магистрали.

Входное давление газа во впускном элементе 6 действует вверх на всю внутреннюю часть чашеобразного запорного органа 8, поскольку между юбкой 21 запорного органа и неподвижным отражателем 23 имеется зазор для прохода рабочей среды. Рабочая среда проходит также через отверстия 25 в полость над запорным органом 8, ограниченную кольцевой диафрагмой 26. Усилие от действия давления на указанную диафрагму направлено вниз. Рабочая среда поступает также в полость под второй кольцевой диафрагмой 27. Усилие от действия входного давления рабочей среды на диафрагму 27 направлено вверх. Выходное давление, т. е. давление в выпускном зазоре ниже по потоку края юбки 21 действует вверх на первую кольцевую диафрагму 26. Выходное давление проходит к диафрагме 26 через зазор между юбкой 21 и стенкой корпуса 4. Благодаря такой конструкции силы от давления рабочей среды действующие на запорный орган 8 уравновешиваются, то есть запорный орган является разгруженным. Отражатель 23 предохраняет запорный орган 8 от воздействия на него потока газа.

Система, показанная на фиг. 2, работает следующим образом.

Одновременно с установившимся потоком газа от впускной части 47 к выпускной части 48 газовой магистрали, небольшая часть потока будет проходить по трубопроводу 51. Давление в трубопроводе 51 между регулятором 43 и дросселем 52 поддерживается постоянным с помощью регулятора 43. На дросселе 52 происходит падение давления. Трубопровод за дросселем соединен пори помощи отводящей трубы 55 с полостью над поршнем 28. Усилие, развиваемое давлением на поршне 28 уравновешивается натяжением пружины 31. Если вследствие либо увеличивающейся потребности в газе, либо падении впускного давления, давление в выпускной части магистрали падает, то управляющий клапан 44 начнет открываться, увеличивая тем самым поток рабочей среды через трубопровод 51. Этот увеличивающийся поток приводит к увеличению перепада давлений на дросселе 52 и, следовательно, к уменьшению давления над управляющим поршнем 28, в результате чего происходит его перемещение вверх под действием пружины 31. Это приводит к открытию клапана, т.е. отходе запорного органа 8 от седла 10. В результате происходит увеличение потока от впускной части 47 к выпускной части 48 и величина давления на выходе возрастает до ее первоначального значения. Давление под диафрагмой управляющего клапана 44 тоже восстанавливается до своего первоначального значения, в результате чего запорный орган управляющего клапана 44 перемещается в сторону закрытия, что приводит к повышению давления в трубопроводе 51 и отводной линии 55 до их первоначального значения. В случае повышения давления в выпускной части магистрали 48, обусловленном либо уменьшением потребности в газе, либо увеличением впускного давления, управляющий клапан 44 будет прикрываться тем самым уменьшая поток через трубопровод 51. Это уменьшение потока приводит к уменьшению перепада давлений на дросселе 52 и следовательно к повышению давления над поршнем 28, которое приводит к перемещению вниз поршня 28 под действием пружины 31. Это в свою очередь приводит к тому, что клапан начинает закрываться. Следовательно, имеет место меньший поток из впускной части 47 в выпускную часть 48 и величина давления в выпускной части восстанавливается. Давление под диафрагмой управляющего клапана 44 тоже восстанавливается до его первоначального значения, в результате чего управляющий клапан 44 приоткрывается для восстановления давления в трубопроводе 51 и отводной линии 55 до его значения, соответствующего новому положению запорного органа 8. Если потребность в газе отсутствует, то управляющий клапан 44 полностью закрывается и поток через трубопровод 51 прекращается. Перепад давления на дросселе 52 выравнивается. Давление за дросселем повышается до давления, установленного регулятором 43. Под действием повышенного давления над поршнем 28 запорный орган 8 садится на седло 10. Если в конструкцию вводят хронометрирующий управляющий клапан 45, то его настраивают на более низкое давление, чем управляющий клапан 44.

Клапан 50 с часовым механизмом включают для обеспечения управления в ночное время. Он обеспечивает подачу рабочей среды из выпускной части 48 магистрали в полость под диафрагму клапана 45, в результате чего указанный клапан постепенно закрывается. Это приводит к тому, что запорный орган 8 перемещается в сторону седла 10. Одновременно управляющий клапан 44 постепенно открывается. Давление в той части трубопровода 51, которая находится правее дросселя 52 увеличивается, приводя к посадке запорного органа 8 на седло. Управляющий клапан 44 остается открытым в процессе управления в ночное время. Патрон 1 может изготавливаться в базовом варианте без дополнительного запорного элемента 12, предохранительного клапана и клапанов 45 и 50, которые могут поставляться за дополнительную плату.

Сущность изобретения: корпус жестко прикреплен одним концом к перегородке. Трубчатый впускной элемент с седлом закреплен на другом конце корпуса. Запорный орган соединен со штоком привода, проходящим через перегородку. Система управления размещена на стороне перегородки, противоположной корпусу. Впускная труба проходит через перегородку и соединяет систему управления с внутренней полостью впускного элемента. Выпускная труба проходит через перегородку и размещена снаружи корпуса и впускного элемента. Седло на впускном элементе выполнено со стороны корпуса. Впускной элемент установлен относительно корпуса с образованием между седлом и корпусом выпускного зазора. Запорный орган размещен внутри корпуса с возможностью пересечения указанного зазора при своем перемещении. 6 з.п ф-лы, 2 ил.

1. ПАТРОН КЛАПАНА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, содержащий перегородку, полый корпус, жестко прикрепленный одним концом к перегородке, трубчатый впускной элемент с седлом, закрепленный на другом конце корпуса, запорный орган, соединенный со штоком привода, проходящим через перегородку, отличающийся тем, что он снабжен системой управления, размещенной на стороне перегородки, противоположной корпусу, впускной трубой, проходящей через перегородку и соединяющей систему управления с внутренней полостью трубчатого впускного элемента, а также снабжен выпускной трубой, проходящей через перегородку и размещенной снаружи корпуса и впускного элемента, при этом седло на трубчатом впускном элементе выполнено со стороны корпуса и впускной элемент установлен относительно корпуса с образованием между седлом и корпусом выпускного зазора, а запорный орган размещен внутри корпуса с возможностью пересечения указанного зазора при своем перемещении. 2. Патрон по п. 1, отличающийся тем, что корпус снабжен отражателем, установленным относительно стенок корпуса с кольцевым зазором, открытым в сторону седла, а запорный орган выполнен чашеобразным с юбкой на открытом конце, размещенной в указанном кольцевом зазоре с возможностью осевого перемещения относительно седла. 3. Патрон по п.1 или 2, отличающийся тем, что запорный орган выполнен уравновешенным. 4. Патрон по п. 3, отличающийся тем, что он снабжен двумя кольцевыми диафрагмами, прикрепленными наружными кромками к корпусу, а внутренними - соответственно в запорному органу и штоку и образующими в корпусе полости, причем полость, ограниченная первой диафрагмой и стенками корпуса, сообщена с рабочей средой через кольцевой зазор между стенками корпуса и юбкой запорного органа, а полость, ограниченная обеими диафрагмами, сообщена с рабочей средой через сквозные отверстия, выполненные в запорном органе, при этом отражатель прикреплен к корпусу посредством стоек, проходящих через указанные отверстия запорного органа. 5. Патрон по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что он снабжен рабочим поршнем, закрепленным в корпусе посредством кольцевой диафрагмы и соединенным со штоком, причем наружные кромки диафрагмы соединены с корпусом, а внутренние - с рабочим поршнем. 6. Патрон по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным запорным элементом с кольцевым уплотнением и направляющими лопатками, а в трубчатом впускном элементе выполнен кольцевой бурт, при этом дополнительный запорный элемент размещен во впускном элементе с возможностью взаимодействия его направляющих лопаток с внутренней поверхностью впускного элемента, а кольцевого уплотнения - с упомянутым буртом и нагружен упругим элементом в сторону закрытия впускного элемента. 7. Патрон по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что он снабжен кожухом с впускным и выпускным отверстиями и размещенным в нем перед патроном фильтром, при этом патрон установлен с возможностью герметичного контакта торца перегородки со стенкой кожуха в его верхней части и герметичного контакта впускного элемента со стенками кожуха в его нижней части.