ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РЕГУЛЯТОРА ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G05D16/18 

Изобретение относится к устройствам для регулирования давления и может быть использовано в газовой и других областях промышленности.

Известен регулятор давления - ограничитель расхода газа, представляющий собой осевой клапан с эластичным затвором, предназначенный для установки на трубопроводе и снабженный каналами для соединения с распределителем и пилотным регулятором (см. патент на изобретение RU2210098, МПК G05D 7/00, G05D 16/16).

Основным недостатком известного регулятора давления является нерегламентированное открытие регулятора при разрыве эластичного затвора (диафрагмы) под действием внешних факторов (неочищенный и неосушенный газ, кавитация, низкие температуры и др.), что приводит к недопустимому повышению выходного давления и, следовательно, к аварийной ситуации в эксплуатации.

Наиболее близким к заявляемому устройству заявленного изобретения является исполнительное устройство регулятора давления газа, содержащее корпус с седлом, затвором в виде эластичной диафрагмы, входной, выходной и управляющей камерами (см. патент на изобретение RU2239862, МПК G05D 16/06). Корпус снабжен каналами для соединения камер с дросселем и пилотом, причем входная камера регулятора через дроссель соединена с управляющей камерой и пилотом, а пилот связан с выходной камерой регулятора. Между входной и управляющей камерами регулятора введен резервный канал с пневмоуправляемым запорным устройством (защитным клапаном) нормально закрытого типа, а в пилоте размещен аварийный клапан, взаимодействующий с пневмоуправляемым запорным устройством нормально закрытого типа, что позволяет обеспечить аварийное закрытие регулятора при недопустимом повышении выходного давления или при нерегламентированном падении давления в управляющей камере (например, из-за неисправностей в дросселе, в канале подачи газа в управляющую камеру или разрыве мембраны пилота).

Однако конструкция известного регулятора давления газа, принятого за прототип, является громоздкой, кроме того, не обеспечивает разделение входной и выходной камер исполнительного устройства при разрыве эластичного затвора.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности путем введения встроенного пневмоуправляемого запорного устройства (защитного клапана - отсекателя) для обеспечения аварийного закрытия регулятора как в автоматическом режиме, так и с пульта оператора.

Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров за счет размещения пневмоуправляемого запорного устройства в седле исполнительного устройства регулятора давления со стороны выходной камеры.

Указанный технический результат достигается тем, что в исполнительном устройстве регулятора давления, содержащем корпус с седлом, эластичным затвором, входной, выходной и управляющей камерами, а также каналом для соединения управляющей камеры с управляющим устройством, пневмоуправляемое запорное устройство, согласно решению пневмоуправляемое запорное устройство расположено в дополнительной камере, выполненной в седле корпуса со стороны выходной камеры, выходная камера снабжена ответным седлом, а в корпусе выполнен канал для соединения пневмоуправляемого запорного устройства с управляющим устройством. Пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой подпружиненный поршень, дно которого имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу выходной камеры для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства. В открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере при помощи уплотнительного элемента, или постоянного магнита, или фиксатора пружинного двустороннего. При использовании фиксатора пружинного двустороннего в стенке дополнительной камеры выполнены по меньшей мере три кольцевых паза. Пневмоуправляемое запорное устройство в виде подпружиненного поршня снабжено эластичной мембраной, закрепленной на седле корпуса со стороны выходной камеры. Пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой сильфон, дно которого имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу выходной камеры для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства. Пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой армированную мембрану, прикрепленную к седлу корпуса со стороны выходной камеры, при этом мембрана соединена со стенками дополнительной камеры при помощи конусной пружины растяжения.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень, зафиксированный в открытом положении при помощи уплотнительного элемента;

на фиг. 2 - седло корпуса заявляемого исполнительного устройства регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень, зафиксированный в открытом положении при помощи постоянного магнита;

на фиг. 3 - седло корпуса заявляемого исполнительного устройства регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень, зафиксированный в открытом положении при помощи фиксатора пружинного двустороннего;

на фиг. 4 - заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень с эластичной мембраной, закрепленной на седле корпуса со стороны выходной камеры, на стенке отверстия седла которого выполнены три кольцевых паза для фиксации поршня в разных положениях при помощи фиксатора пружинного двустороннего;

на фиг. 5 - заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой сильфон;

на фиг. 6 - заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой армированную мембрану, в открытом положении;

на фиг. 7 - заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой армированную мембрану, в закрытом положении.

Позициями на чертежах обозначены:

1 - корпус;

2 - седло корпуса;

3 - входная камера;

4 - выходная камера;

5 - управляющая камера;

6 - эластичный затвор;

7 - канал управляющей камеры;

8 - канал запорного устройства;

9 - дополнительная камера;

10 - ответное седло;

11 - поршень;

12 - дно поршня;

13 - пружина;

14 - уплотнительный элемент;

15 - постоянный магнит;

16 - пружинный фиксатор двусторонний;

17 - кольцевой паз;

18 - эластичная мембрана;

19 - армированная мембрана;

20 - конусная пружина растяжения;

21 - сильфон;

22 - дно сильфона.

Заявляемое исполнительное устройство регулятора давления представляет собой осевой (аксиальный) клапан с эластичным затвором и содержит корпус 1 с входным и выходным отверстиями, внутри которого закреплено седло 2, выполненное в виде двух решеток в форме колец, прикрепленных с разных сторон к внутренней перегородке по ее периметру. Седло делит внутреннее пространство корпуса на три части: входную камеру 3 со стороны входного отверстия, выходную камеру 4 со стороны выходного отверстия и управляющую камеру 5. Эластичный затвор 6 размещен в управляющей камере 5 с возможностью плотного прилегания к решеткам седла 2 для изоляции трех камер корпуса друг от друга. Корпус исполнительного устройства регулятора давления снабжен каналом 7 для соединения управляющей камеры 5 с управляющим устройством, например регулятором давления «после себя» (пилотом) через распределитель. Во внутренней перегородке седла 2 со стороны выходной камеры 4 выполнено глухое цилиндрическое отверстие, образующее дополнительную камеру 9, предназначенное для размещения в нем пневмоуправляемого запорного устройства, при этом в корпусе 1, а также в седле 2 выполнен канал 8 для соединения пневмоуправляемого запорного устройства с управляющим устройством (на чертеже не показано). Выходная камера 4 снабжена ответным седлом 10, расположенным вокруг выходного отверстия и выполненным с возможностью плотного прилегания к нему пневмоуправляемого запорного устройства.

Возможно несколько вариантов выполнения пневмоуправляемого запорного устройства.

На фиг. 1 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде подпружиненного поршня 11, при этом канал 8 запорного устройства соединен с подпоршневым пространством в дополнительной камере 9 седла 2. Дно 12 поршня 11 имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу 10 выходной камеры 4 для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства. В открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень 11 зафиксирован в дополнительной камере 9 седла корпуса при помощи уплотнительного элемента 14, пружина 13 находится в сжатом положении, и усилия сжатой пружины недостаточно для преодоления трения уплотнительного элемента.

На фиг. 2 представлено седло 2 заявляемого исполнительного устройства регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде подпружиненного поршня 11, аналогичного представленному на фиг. 1, за исключением того, что в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере 9 седла корпуса при помощи постоянного магнита 15, размещенного на дне дополнительной камеры с возможностью контактирования с поршнем в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства. Усилия сжатой пружины 13 недостаточно для преодоления притяжения постоянного магнита.

На фиг. 3 представлено седло 2 заявляемого исполнительного устройства регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде подпружиненного поршня 11, аналогичного представленному на фиг. 1, за исключением того, что в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере 9 седла корпуса при помощи фиксатора 16 шарикового пружинного двустороннего (http://www.kippcom.ru/ru/ru/ПРОДУКЦИЯ/Промышленная-фурнитура-Стандартизированные-изделия/Пружинные-фиксаторы-стопорные-штифты-блокировочные-шаровые-болты/K0337-Фиксаторы-пружинные-гладкая-поверхность-двусторонние.html), закрепленного в поршне. На стенке дополнительной камеры 9 седла 2 выполнены углубления для размещения в них шариков фиксатора, при этом усилия сжатой пружины недостаточно для выведения шариков из углублений. Углубления могут быть выполнены в виде трех кольцевых пазов 17 (фиг. 4) для фиксации поршня в различных положениях пневмоуправляемого запорного устройства: открытом, закрытом и промежуточном. Возможно выполнение большего количества кольцевых пазов для обеспечения более плавной регулировки величины зазора между пневмоуправляемым запорным устройством и ответным седлом 10 выходной камеры 4.

Во всех вариантах исполнительного устройства с пневмоуправляемым запорным устройством в виде подпружиненного поршня оно может быть снабжено эластичной мембраной 18, закрепленной на седле 2 корпуса 1 со стороны выходной камеры 4 и позволяющей повысить герметичность изоляции подпоршневой полости от выходной камеры, а также улучшить качество посадки пневмоуправляемого запорного устройства в ответном седле 10. На фиг. 4 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень 11 с эластичной мембраной 18, закрепленной на седле 2 корпуса со стороны выходной камеры 4, на стенке дополнительной камеры 9 выполнены три кольцевых паза 17 для фиксации поршня 11 в разных положениях пневмоуправляемого запорного устройства при помощи фиксатора 16 пружинного двустороннего.

На фиг. 5 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде сильфона 21. Канал 8 запорного устройства соединен с внутренним пространством сильфона. Дно 22 сильфона имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу 10 выходной камеры 4 для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства.

На фиг. 6 и 7 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде армированной мембраны 19, закрепленной на седле 2 корпуса 1 со стороны выходной камеры 4. Мембрана 19 соединена со стенками или дном дополнительной камеры 9 при помощи конусной пружины растяжения 20.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Газ по трубопроводу поступает во входное отверстие заявляемого осевого клапана. В исходном состоянии эластичный затвор 6 плотно прижат к решеткам седла 2 благодаря тому, что от управляющего устройства в управляющую камеру 5 по каналу 7 подают газ под избыточным давлением; пазы решеток перекрыты - осевой клапан закрыт. Осевой клапан закрыт и в состоянии, когда давление газа во входной 3 и управляющей 5 камерах с разных сторон эластичного затвора 6 одинаково. При снижении давления в управляющей камере 5, под воздействием давления газа во входной камере 3 эластичный затвор 6 деформируется, отжимается от решеток седла 2, осевой клапан открывается, и газ поступает в выходную камеру 4. Регулируя давление в управляющей камере 5, осуществляют функционирование заявляемого устройства в качестве регулятора давления газа.

В случае разрыва эластичного затвора 6 или при иной необходимости по каналу 8 в дополнительную камеру 9 к пневмоуправляемому запорному устройству подают давление для переведения его из открытого положения в закрытое, при котором запорное устройство плотно прилегает к ответному седлу 10 и перекрывает проход из выходной камеры 4 в выходное отверстие. Это позволяет заявляемому устройству функционировать в качестве регулятора давления газа с отсекателем.

При использовании устройства, показанного на фиг. 4, по каналу 8 осуществляют подачу импульсов давления в дополнительную камеру 9 к пневмоуправляемому запорному устройству для выхода пружинного фиксатора 16 из одного кольцевого паза 17 и фиксации в соседнем, а как следствие, переведения поршня 11 из одного положения в другое. Переведение поршня из одного положения в другое в обратном направлении осуществляют при существующем давлении в выходной камере 4, снижая давление в дополнительной камере 9 седла 2 корпуса. Это позволяет использовать заявляемое устройство в качестве двухступенчатого регулятора давления газа или регулятора давления газа с ограничителем расхода газа.

При использовании устройства, показанного на фиг. 6, осуществляют регулирование давления газа в дополнительной камере 9 седла 2. При увеличении давления газа, подаваемого на пневмоуправляемое запорное устройство, армированная мембрана 19 растягивается и приближается к седлу 10, обеспечивая плавное уменьшение величины зазора между выходной камерой 4 и выходным отверстием. При дальнейшем увеличении давления в дополнительной камере армированная мембрана 19 ложится на ответное седло 10 и полностью перекрывает выходное отверстие выходной камеры (фиг. 7). При снижении давления в дополнительной камере армированная мембрана под действием конусной пружины 20 возвращается в исходное положение и открывает выходное отверстие выходной камеры. Это позволяет заявляемому устройству функционировать в качестве двухступенчатого регулятора давления газа.

Таким образом, в работе регулятора предусмотрены следующие функции: регулирование (стабилизация) давления; регулирование (стабилизация) расхода; ограничение расхода; отсечение потока рабочей среды при превышении (понижении) на выходе регулятора в автоматическом режиме, по команде оператора или по программе; предусмотрена возможность автоматического возврата пневмоуправляемого запорного устройства из закрытого в открытое положение; использование в качестве предохранительного клапана для сброса избыточного давления. При этом заявляемое универсальное многофункциональное исполнительное устройство регулятора давления имеет компактные размеры.

Исполнительное устройство регулятора давления содержит корпус (1) с седлом (2), эластичным затвором (6), входной (3), выходной (4) и управляющей (5) камерами, а также каналом (7) для соединения управляющей камеры с управляющим устройством и пневмоуправляемое запорное устройство. Пневмоуправляемое запорное устройство расположено в дополнительной камере (9), выполненной в седле корпуса со стороны выходной камеры, которая снабжена ответным седлом (10). В корпусе выполнен канал (8) для соединения пневмоуправляемого запорного устройства с управляющим устройством. Уменьшаются габаритные размеры устройства. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Исполнительное устройство регулятора давления, содержащее корпус с седлом, эластичным затвором, входной, выходной и управляющей камерами, а также каналом для соединения управляющей камеры с управляющим устройством, пневмоуправляемое запорное устройство, отличающееся тем, что пневмоуправляемое запорное устройство расположено в дополнительной камере, выполненной в седле корпуса со стороны выходной камеры, выходная камера снабжена ответным седлом, а в корпусе выполнен канал для соединения пневмоуправляемого запорного устройства с управляющим устройством.

2. Исполнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой подпружиненный поршень, дно которого имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу выходной камеры для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства.

3. Исполнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой сильфон, при этом дно сильфона имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу выходной камеры для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства.

4. Исполнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой армированную мембрану, прикрепленную к седлу корпуса со стороны выходной камеры, при этом мембрана соединена со стенками дополнительной камеры при помощи конусной пружины растяжения.

5. Исполнительное устройство по п.2, отличающееся тем, что в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере при помощи уплотнительного элемента.

6. Исполнительное устройство по п.2, отличающееся тем, что в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере при помощи постоянного магнита.

7. Исполнительное устройство по п.2, отличающееся тем, что в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере при помощи фиксатора пружинного двустороннего.

8. Исполнительное устройство по п.2, отличающееся тем, что пневмоуправляемое запорное устройство снабжено эластичной мембраной, закрепленной на седле корпуса со стороны выходной камеры.

9. Исполнительное устройство по п.7, отличающееся тем, что на стенке дополнительной камеры выполнены по меньшей мере три кольцевых паза.