Регулятор давления газа Российский патент 2022 года по МПК G05D16/06 

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности, к регуляторам давления газа, устанавливаемым на трубопроводах для транспортировки и распределения газа, предназначенным для понижения давления в трубопроводе после регулятора и поддержания этого давления на заданном уровне независимо от изменений расхода газа и изменений входного давления.

Известен регулятор давления газа производства фирмы О.М.Т. Оффичина МекканикаТартарини С.р.Л. (IT), серия MF [http://tartarini.su/upload/iblock/la7/MN-MF-MR_hyvzrnf_12.2008_pdf], включающий корпус с входной и выходной полостями, разделенными перегородкой и соединенными с ними входным и выходным патрубками одинакового диаметра, с установленным в перегородке седлом клапана, которое служит для истечения газа из входной полости (высокого давления) в выходную полость. Регулирующий орган - рабочий клапан, расположенный в полости выходного давления, связан с измерительной частью регулятора - мембраной. Проблему уменьшения давления при увеличении расхода производители решают увеличением диаметра мембраны, что ведет к увеличению управляющих клапаном сил в балансе сил задающей пружины и силы, развиваемой мембраной. Однако это не позволяет при увеличении расхода газа через регулятор давления обеспечить сохранение точности регулирования ±5%. Кроме того, это ведет к увеличению размеров и материалоемкости регулятора.

Известен также регулятор давления газа производства фирмы О.М.Т. Оффичина Мекканика ТартариниС.р.Л. (IT), серия MN [http://tartarini.su/upload/iblock/la7/MN-MF-MR_hyvzrnf_12.2008_.pdi], включающий корпус с входной и выходной полостями, разделенными перегородкой и соединенными с ними входным и выходным патрубками, с установленным в перегородке седлом клапана, которое служит для истечения газа из входной полости (высокого давления) в выходную полость. Регулирующий орган - рабочий клапан, расположенный в полости выходного давления, связан с измерительной частью регулятора - мембраной. Проблему уменьшения давления при увеличении расхода производители решают увеличением диаметра выходного патрубка относительно диаметра входного патрубка, что ведет к лучшим условиям истечения газа за клапаном. Однако и это не позволяет при увеличении расхода газа через регулятор давления обеспечить сохранение точности регулирования ±5%. Кроме того, это ведет к увеличению размеров, материалоемкости.

Известен регулятор давления газа серии FGR. Этот регулятор выпускается OOO «Фронтекс», г. Екатеринбург, [ТУ 4859-002-87839205-2010]. Регулятор давления газа серии FGR включает основной корпус с входной и выходной полостями, разделенными перегородкой и соединенными с ними входным и выходным патрубками одинакового диаметра, с установленным в перегородке седлом клапана, которое служит для истечения газа из входной полости (высокого давления) в выходную полость. Регулирующий орган - рабочий клапан, расположенный в полости выходного давления, связан с измерительной частью регулятора - мембраной. Регуляторы выпускаются серийно и обладают хорошими характеристиками. Однако конструкция этого регулятора не позволяет поддерживать выходное давление при значительном увеличении расхода газа, выходное давление падает, что не позволяет повысить расход газа, проходящего через регулятор давления газа, при сохранении точности регулирования ±5%.

Из патента РФ № 111918 (наиболее близкий аналог) известен регулятор давления газа, содержащий корпус, в котором выполнены внутренние пересекающиеся сквозной S-образный горизонтальный канал и сквозной I-образный (цилиндрический) вертикальный канал, которые в центре разделены горизонтальной пластинчатой перегородкой с отверстием, при этом в корпусе на концах S-образного канала выполнены входной и выходной фланцы, предназначенные для крепления регулятора в магистральном газопроводе, а на концах I-образного (цилиндрического) вертикального канала выполнены верхний и нижний фланцы; пластинчатая перегородка разделяет внутренние каналы корпуса на две части, образуя соответственно входную полость и выходную полость, к нижней поверхности верхнего фланца крепится колонка, а к верхней поверхности - корпус мембранной коробки с крышкой, на которой закреплен стакан, в отверстии верхней крышки которого установлен с возможностью вращения винт, который посредством резьбового соединения обеспечивает возможность перемещения регулировочной нажимной шайбы и устанавливает тем самым степень сжатия пружины, которая нижней частью опирается на опорную шайбу, мембранная коробка содержит эластичную мембрану и жесткий мембранный диск, при этом внешние сегменты эластичной мембраны жестко закреплены между корпусом и крышкой мембранной коробки, образуя тем самым изолированные надмембранную полость и подмембранную полость, в крышке мембранной коробки выполнены два отверстия, в одном из которых закреплен сапун, а в другом - указатель положения мембраны, на нижнем фланце закреплена крышка, в отверстии пластинчатой перегородки установлено седло, на штоке регулятора, установленном с возможностью перемещения вдоль оси седла, закреплены опорная шайба, эластичная мембрана и жесткий мембранный диск, расположенные в мембранной коробке, плунжерный механизм, расположенный в колонке, с уплотнительными кольцами в кольцевых канавках, выполненных на его боковой цилиндрической поверхности, и рабочий клапан, импульсная трубка одним концом пневматически связана с подмембранной полостью, а другой ее конец предназначен для соединения с трубопроводом за регулятором, при этом на крышке нижнего фланца герметично укреплен изолирующий элемент - втулка, в которой перемещается рабочий клапан, на боковой цилиндрической поверхности которого выполнена кольцевая канавка, в которую установлено резиновое уплотнительное кольцо, в корпусе регулятора, втулке, крышке нижнего фланца, корпусе мембранной коробки выполнено сквозное отверстие, в которое впрессована дренажная трубка, которая пневматически связывает подмембранную полость и подклапанную область. На седле может быть выполнен наружный кольцеобразный выступ. В верхней части рабочего клапана может быть выполнена кольцевая, трапециевидная в сечении канавка, в которую установлена уплотнительная прокладка из силиконовой резины. Эластичная мембрана может быть изготовлена из силиконовой резины.

Недостатком регулятора по патенту № 111918 является его сложность и значительная металлоемкость, также недостатком является недостаточная точность регулятора.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - сложность конструкций известных регуляторов, их недостаточная точность и большая металлоемкость

Технический результат, достигаемый изобретением - упрощение конструкции регулятора давления газа, снижение металлоемкости, повышение точности.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в регуляторе давления газа, содержащем корпус клапана, состоящий из верхней и нижней частей с открытыми верхней входной и нижней выходной внутренними полостями, направленными в противоположные стороны и разделенными средней горизонтальной стенкой со сквозным центральным отверстием, обеспечивающим сообщение верхней и нижней полостей корпуса клапана, клапан, размещенный в нижней части корпуса клапана, мембранную коробку, закрепленную на корпусе клапана и содержащую корпус мембранной коробки с крышкой мембранной коробки, размещенные внутри мембранной коробки эластичную мембрану и расположенный над ней жесткий мембранный диск, при этом эластичная мембрана и жесткий мембранный диск закреплены по периметру между корпусом и крышкой мембранной коробки с образованием изолированных друг от друга подмембранной и надмембранной полостей, при этом подмембранная полость образована под эластичной мембраной, а надмембранная полость образована над жестким мембранным диском, клапан и эластичная мембрана с жестким мембранным диском связаны между собой посредством штока, обеспечивающего совместное перемещение клапана и эластичной мембраны с жестким мембранным диском, в крышке мембранной коробке выполнено сквозное отверстие, на крышке мембранной коробке закреплен стакан, внутренняя полость которого сообщена с надмембранной полостью через сквозное отверстие в крышке мембранной коробки, при этом между стаканом и крышкой мембранной коробки обеспечено герметичное соединение, внутри стакана соосно с ним установлена пружина с возможностью регулируемого упругого воздействия на жесткий мембранный диск, согласно изобретению корпус клапана выполнен с вертикальными боковыми стенками и верхней, нижней и средней горизонтальной стенками, верхняя часть корпуса клапана содержит верхнюю горизонтальную стенку, боковую вертикальную стенку и ограничена снизу средней горизонтальной стенкой, нижняя часть корпуса клапана содержит нижнюю горизонтальную стенку, боковую вертикальную стенку и ограничена сверху средней горизонтальной стенкой, между верхней горизонтальной стенкой, боковой вертикальной стенкой и средней горизонтальной стенкой в верхней части корпуса клапана образована верхняя входная внутренняя полость, между нижней горизонтальной стенкой, боковой вертикальной стенкой и средней горизонтальной стенкой в нижней части корпуса клапана образована нижняя выходная внутренняя полость, в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана выполнена внутренняя цилиндрическая полость для размещения клапана, в котором выполнено центральное сквозное отверстие, наружная вертикальная боковая поверхность клапана выполнена цилиндрической с кольцевой проточкой для размещения уплотнения, обеспечивающего герметичное прилегание наружной вертикальной боковой поверхности клапана к вертикальной поверхности внутренней цилиндрической полости, выполненной в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана с сохранением герметичного подвижного контакта между указанными поверхностями, внутренняя цилиндрическая полость для размещения клапана выполнена закрытой с наружной стороны корпуса клапана, при этом клапан установлен с возможностью его вертикального перемещения от нижней горизонтальной стенки корпуса клапана до средней горизонтальной стенки корпуса клапана, верхняя часть клапана выполнена конусообразной с возможностью плоского контакта с ответной конусообразной внутренней поверхностью сквозного отверстия в средней горизонтальной стенке корпуса клапана, верхняя горизонтальная стенка корпуса клапана выполнена со сквозным отверстием с образованием открытой цилиндрической полости, внутри корпуса клапана установлен шток с центральным сквозным отверстием, нижняя часть штока соединена с клапаном с возможностью сообщения внутренних полостей сквозных отверстий, выполненных в клапане и в штоке, верхняя часть штока размещена во внутренней цилиндрической полости, выполненной в верхней горизонтальной стенке корпуса клапана, на верхней части штока установлен поршень - компенсатор с возможностью перемещения вдоль внутренней вертикальной поверхности цилиндрической полости, выполненной в верхней горизонтальной стенке корпуса клапана, на наружной вертикальной цилиндрической поверхности поршня - компенсатора выполнена кольцевая проточка для размещения уплотнения, обеспечивающего герметичное прилегание наружной вертикальной боковой поверхности поршня-компенсатора к вертикальной поверхности внутренней цилиндрической полости, выполненной в верхней горизонтальной стенке корпуса клапана с сохранением герметичного подвижного контакта между указанными поверхностями, верхний конец штока снабжен тягой с образованием внутренней полости тяги между верхней торцевой поверхностью штока и поверхностью выемки, выполненной внутри тяги, тяга закреплена на верхней конце штока, в наружной поверхности тяги, ограничивающей внутреннюю полость тяги выполнено радиальное отверстие, обеспечивающее сообщение подмембранной полости, внутренних полостей сквозных отверстий, выполненных в штоке и в клапане и подклапанной камеры, образующейся между клапаном и нижней горизонтальной стенкой корпуса клапана в процессе перемещения клапана, тяга соединена с эластичной мембраной и жестким мембранным диском и размещена в центральных сквозных отверстиях, выполненных в эластичной мембране и в жестком мембранном диске, при этом тяга установлена с возможностью герметичного неподвижного соединения с эластичной мембраной и жестким мембранным диском.

Нижняя торцевая стенка корпуса клапана, ограничивающая внутреннюю цилиндрическую полость в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана может быть выполнена в виде плоской заглушки, жестко и герметично соединенной с боковой поверхностью нижней части корпуса клапана.

Наружная огибающая корпуса клапана по вертикальным стенкам может иметь цилиндрическую форму.

В сквозном отверстии верхней торцевой стенки стакана может быть установлен с возможностью вращения винт, который посредством резьбового соединения обеспечивает возможность перемещения регулировочной нажимной шайбы для установки степени сжатия пружины, опирающейся нижней частью на эластичную мембрану через жесткий мембранный диск.

Эластичная мембрана и жесткий мембранный диск могут быть прижаты друг к другу в непосредственной близости от тяги.

Под эластичной мембраной на тяге может быть неподвижно закреплен плоский подмембранный диск, обеспечивающий прижим эластичной мембраны к жесткому мембранному диску.

Эластичная мембрана и жесткий мембранный диск могут быть прижаты друг другу посредством подмембранного плоского диска и гайки, установленной над жестким мембранным диском на верхнем конце тяги, снабженном резьбой, с возможностью зажима эластичной мембраны и жесткого мембранного дичка между гайкой и плоским подмембранным диском.

Эластичная мембрана может быть изготовлена из силиконовой резины.

В крышке мембранной коробке могут быть выполнены два отверстия, в одном из которых установлен сапун, а в другом установлен указатель положения мембраны.

Заявляемый регулятор давления газа содержит корпус клапана, выполненный с вертикальными боковыми стенками и верхней, нижней и средней горизонтальной стенками с образованием условно S-образной конструкции, а именно: корпус клапана выполнен состоящим из двух частей - верхней и нижней, разделенных между собой общей средней горизонтальной стенкой. Обе части корпуса выполнены заодно или жестко соединены между собой неразъемным соединением.

Верхняя часть корпуса клапана содержит верхнюю горизонтальную стенку, боковую вертикальную стенку и ограничена снизу средней горизонтальной стенкой.

Нижняя часть корпуса клапана содержит нижнюю горизонтальную стенку, боковую вертикальную стенку и ограничена сверху средней горизонтальной стенкой.

Между верхней горизонтальной стенкой, боковой вертикальной стенкой и средней горизонтальной стенкой в верхней части корпуса клапана образована верхняя внутренняя полость корпуса клапана - входная полость корпуса клапана.

Между нижней горизонтальной стенкой, боковой вертикальной стенкой и средней горизонтальной стенкой в нижней части корпуса клапана образована нижняя внутренняя полость корпуса клапана - выходная полость корпуса клапана.

Входная и выходная полости корпуса клапана обращены в противоположные стороны.

Нижняя торцевая стенка корпуса клапана выполнена глухой и может быть выполнена в виде отдельной детали - заглушки для обеспечения удобства сборки конструкции.

Наружная огибающая корпуса клапана по вертикальным стенкам может быть выполнена в виде цилиндра.

В нижней горизонтальной стороне корпуса клапана выполнена внутренняя цилиндрическая полость для размещения клапана, представляющего собой сплошной цилиндр с центральным вертикальным сквозным отверстием. В боковых сторонах клапана выполнена кольцевая проточка для размещения уплотнения, обеспечивающего плотное (герметичное) прилегание клапана к внутренней поверхности цилиндрической полости в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана.

Входом в корпус клапана является его верхняя внутренняя полость (входная полость регулятора), а выходом - нижняя внутренняя полость (выходная полость регулятора). Внутренние полости корпуса клапана сообщаются между собой через сквозное отверстие, выполненное в средней горизонтальной (общей) стенке корпуса клапана.

Клапан установлен с возможностью его вертикального перемещения в нижней внутренней полости корпуса клапана от нижней горизонтальной стенки до средней горизонтальной стенки.

Верхняя часть клапана выполнена конусообразной с тем, чтобы при поднятии клапана обеспечивать изолирование входной и выходной полостей корпуса клапана при контакте конусообразной верхней поверхности клапана с ответной конусообразной боковой поверхностью сквозного отверстия в средней горизонтальной стенке корпуса клапана.

Верхняя горизонтальная стенка корпуса клапана выполнена со сквозным отверстием с образованием открытой цилиндрической полости.

На корпусе клапана закреплен корпус мембранной коробки с крышкой, на которой закреплен стакан. В отверстии верхней торцевой стенки стакана установлен с возможностью вращения винт, который посредством резьбового соединения обеспечивает возможность перемещения регулировочной нажимной шайбы и устанавливает тем самым степень сжатия пружины, которая нижней частью опирается на мембрану через мембранный диск.

Мембранная коробка содержит эластичную мембрану и расположенный над эластичной мембраной жесткий мембранный диск, при этом внешние сегменты эластичной мембраны жестко закреплены между корпусом и крышкой мембранной коробки, образуя тем самым изолированные надмембранную полость и подмембранную полость. Эластичная мембрана может быть изготовлена из силиконовой резины.

В крышке мембранной коробки выполнены два отверстия, в одном из которых закреплен сапун, а в другом - указатель положения мембраны.

Внутренняя полость стакана сообщена с надмембранной полостью через сквозное отверстие, выполненное в крышке мембранной коробки.

Внутри корпуса клапана установлен шток со сквозным центральным отверстием. При этом нижняя часть штока жестко соединена с клапаном с возможностью сообщения внутренних полостей центральных сквозных отверстий, выполненных, соответственно, в клапане и в штоке.

Верхняя часть штока размещена во внутренней цилиндрической полости верхней горизонтальной стенки корпуса клапана и снабжена поршнем-компенсатором, расположенным внутри цилиндрической полости верхней горизонтальной стенки корпуса клапана с возможностью перемещения совместно со штоком вдоль боковой поверхности внутренней цилиндрической полости верхней горизонтальной стенки корпуса клапана. Поршень-компенсатор по наружной боковой поверхности снабжен уплотнением, размещаемым в кольцевой проточке, выполненной в наружной боковой поверхности поршня-компенсатора, для изолирования входной полости регулятора от подмембранной полости.

Верхний конец штока снабжен тягой с образованием внутренней полости тяги между торцевой поверхностью штока и выемкой, выполненной внутри тяги. Тяга закреплена на верхнем конце штока.

В наружной поверхности тяги, ограничивающей внутреннюю полость тяги, выполнено радиальное отверстие, посредством которого обеспечивается сообщение подмембранной полости (полости, расположенной ниже эластичной мембраны), внутренний полостей сквозных отверстий, выполненных в штоке и в клапане и подклапанной камеры, образующейся между клапаном и нижней горизонтальной стенкой корпуса клапана в процессе перемещения клапана.

Тяга соединена с эластичной мембраной и жестким мембранным диском для обеспечения совместного перемещения клапана и эластичной мембраны с жестким мембранным диском. При этом тяга выполнена с возможностью плотного герметичного соединения между тягой и эластичной мембраной и жестким мембранным диском для изоляции подмембранной и надмембранной полостей. Соединение тяги с эластичной мембраной и жестким мембранным диском осуществляется по центральной оси симметрии эластичной мембраны и жесткого мембранного диска, для этого в эластичной мембране и в жестком мембранном диске могут быть выполнены сквозные центральные отверстия для размещения тяги. Под эластичной мембраной на тяге может быть размещен и неподвижно закреплен плоский подмембранный диск, обеспечивающий прижим эластичной мембраны к жесткому мембранному диску. Кроме того, плоский подмембранный диск защищает эластичную мембрану от контакта с конструктивными элементами, обеспечивающими крепление корпуса мембранной коробки и корпуса клапана. Сверху над жестким мембранным диском на тяге может быть размещена гайка посредством которой осуществляется прижим жесткого мембранного диска к эластичной мембране. Таким образом, на тяге последовательно собраны, подмембранный диск, эластичная мембрана и мембранный диск, которые плотно прижаты друг к другу гайкой. При этом указанная конструкция образована с возможностью совместного перемещения со штоком и клапаном.

Плотный контакт тяги с эластичной мембраной, жестким мембранным диском и подмембранным диском может быть обеспечен любым образом, например, размещения тяги в центральных отверстиях, выполненных в эластичной мембране, жестком мембранной диске и подмембранном диске с натягом; возможно выполнение наружной поверхности тяги конусообразной при выполнении ответной поверхности в центральных отверстиях жесткого мембранного диска и подмембранного диска также конусообразной. При этом плотный герметичный контакт будет создан между взаимодействующими между собой поверхностями тяги и центральных отверстий жесткого мембранного диска и подмембранного диска, а плотный герметичный контакт тяги с центральным отверстием в эластичной мембране будет создан при затягивании гайки тяги, плотно зажимающей эластичную мембрану между жестким мембранным диском и подмембранным диском.

Посредством сообщающихся между собой полостей центральных сквозных отверстий в клапане и штоке, сообщающихся, в свою очередь с внутренней полостью тяги и далее - с подмембранной полостью, обеспечивается пневматическая связь подмембранной полости и камеры под клапаном, назначение которой - поддержание давления в камере под клапаном равным регулируемому давлению.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен разрез заявляемого регулятора давления газа при верхнем (исходном) положении клапана.

На фиг. 2 изображен разрез заявляемого регулятора давления газа при нижнем положении клапана.

Позиции на чертежах:

1 - корпус клапана;

2 - клапан;

3 - нижняя вертикальная стенка корпуса клапана;

4 - верхняя вертикальная стенка корпуса клапана;

5 - нижняя горизонтальная стенка корпуса клапана;

6 - верхняя горизонтальная стенка корпуса клапана;

7 - внутренняя цилиндрическая полость в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана;

8 - внутренняя цилиндрическая полость в верхней горизонтальной стенке корпуса клапана;

9 - уплотнение, размещенное в проточке на наружной вертикальной поверхности клапана 2;

10 - входная полость регулятора;

11 - выходная полость регулятора;

12 - конусообразная часть клапана 2;

13 - средняя горизонтальная стенка корпуса клапана;

14 - сквозное отверстие в средней горизонтальной стенке корпуса 1;

15 - корпус мембранной коробки;

16 - крышка мембранной коробки;

17 - эластичная мембрана;

18 - жесткий мембранный диск;

19 - заглушка;

20 - уплотнение на наружной вертикальной поверхности поршня-компенсатора;

21 - шток;

22 - тяга;

23 - плоский подмембранный диск;

24 - поршень-компенсатор;

25 - стакан;

26 - винт стакана;

27 - регулировочная нажимная шайба;

28 - пружина;

29 - подклапанная камера;

30 - гайка тяги 22;

31 - центральное сквозное отверстие в клапане 2;

32 - центральное сквозное отверстие в штоке 21;

33 - внутренняя полость в тяге 22;

34 - сквозное отверстие в боковой поверхности тяги 22;

35 - подмембранная полость;

36 - надмембранная полость;

37 - сквозное отверстие в крышке мембранной коробки;

Заявляемый регулятора давления газа содержит корпус 1 клапана, состоящий из верхней и нижней частей с открытыми верхней 10 входной и нижней 11 выходной внутренними полостями, разделенными средней горизонтальной стенкой 13 со сквозным центральным отверстием 14, обеспечивающим сообщение верхней 10 и нижней 11 полостей корпуса 1; клапан 2, размещенный в нижней части корпуса 1; мембранную коробку, закрепленную на корпусе 1 и содержащую корпус 15 мембранной коробки с крышкой 16 мембранной коробки; размещенные внутри мембранной коробки эластичную мембрану 17 и расположенный над ней жесткий мембранный диск 18; при этом эластичная мембрана 17 и жесткий мембранный диск 18 закреплены по периметру между корпусом 15 и крышкой 16 мембранной коробки с образованием изолированных друг от друга подмембранной 35 и надмембранной 36 полостей; при этом подмембранная полость 35 образована под эластичной мембраной 17, а надмембранная полость 36 образована над жестким диском 18. Клапан 2 и эластичная мембрана 17 с жестким мембранным диском 18 связаны между собой посредством штока 21, обеспечивающего совместное перемещение клапана 2 и эластичной мембраны 17 с жестким мембранным диском 18. В крышке 16 мембранной коробке выполнено сквозное отверстие 37. На крышке 16 мембранной коробке закреплен стакан 25, внутренняя полость которого сообщена с надмембранной полостью 36 через сквозное отверстие 37 в крышке 16 мембранной коробки, при этом между стаканом 25 и крышкой 16 мембранной коробки обеспечено герметичное соединение. Внутри стакана 25 соосно с ним установлена пружина 28 с возможностью регулируемого упругого воздействия на жесткий мембранный диск 18. Корпус 1 клапана выполнен с вертикальными боковыми стенками 3 и 4 и верхней 6, нижней 5 и средней 13 горизонтальной стенками. Верхняя часть корпуса 1 клапана содержит верхнюю 6 горизонтальную стенку, боковую вертикальную стенку 4 и ограничена снизу средней горизонтальной стенкой 13; нижняя часть корпуса 1 клапана содержит нижнюю горизонтальную стенку 5, боковую вертикальную стенку 3 и ограничена сверху средней горизонтальной стенкой 13. Между верхней горизонтальной стенкой 6, боковой вертикальной стенкой 4 и средней горизонтальной стенкой 13 в верхней части корпуса клапана образована верхняя входная внутренняя полость 10; между нижней горизонтальной стенкой 5, боковой вертикальной стенкой 3 и средней горизонтальной стенкой 13 в нижней части корпуса клапана образована нижняя выходная внутренняя полость11. В нижней горизонтальной стенке 5 корпуса 1 выполнена внутренняя цилиндрическая полость 7 для размещения клапана 2, в котором выполнено центральное сквозное отверстие 31. Наружная вертикальная боковая поверхность клапана 2 выполнена цилиндрической с кольцевой проточкой для размещения уплотнения 9, обеспечивающего герметичное прилегание наружной вертикальной боковой поверхности клапана 2 к вертикальной поверхности внутренней цилиндрической полости 7 с сохранением герметичного подвижного контакта между указанными поверхностями. Внутренняя цилиндрическая полость 7 для размещения клапана выполнена закрытой с наружной стороны корпуса клапана 2 посредством плоской заглушки 19. Клапан 2 установлен с возможностью его вертикального перемещения от заглушки 19 до средней горизонтальной стенки 13. Верхняя часть 12 клапана 2 выполнена конусообразной с возможностью плоского контакта с ответной конусообразной внутренней поверхностью сквозного отверстия 14 в средней горизонтальной стенке 13 корпуса 1. Верхняя горизонтальная стенка 6 корпуса 1 выполнена со сквозным отверстием с образованием открытой цилиндрической полости 8. Внутри корпуса 1 установлен шток 21 с центральным сквозным отверстием 32. Нижняя часть штока 21 соединена с клапаном 2 с возможностью сообщения внутренних полостей сквозных отверстий 31 и 32. Верхняя часть штока 21 размещена во внутренней цилиндрической полости 8, при этом на верхней части штока 21 установлен поршень - компенсатор 24 с возможностью перемещения вдоль внутренней вертикальной поверхности цилиндрической полости 8. На наружной вертикальной цилиндрической поверхности поршня - компенсатора 24 выполнена кольцевая проточка для размещения уплотнения 20, обеспечивающего герметичное прилегание наружной вертикальной боковой поверхности поршня-компенсатора 24 к вертикальной поверхности внутренней цилиндрической полости 8 с сохранением герметичного подвижного контакта между указанными поверхностями. Верхний конец штока 21 снабжен тягой 22 с образованием внутренней полости 33 тяги между верхней торцевой поверхностью штока 21 и поверхностью выемки, выполненной внутри тяги 22. Тяга 22 закреплена на верхней конце штока 21. В наружной поверхности тяги 22, ограничивающей внутреннюю полость 33, выполнено радиальное отверстие 34, обеспечивающее сообщение подмембранной полости 35, внутренних полостей сквозных отверстий 31 и 32 и подклапанной камеры 29, образующейся между клапаном 2 и заглушкой 19 в процессе перемещения клапана 2. Тяга 22 соединена с эластичной мембраной 17 и жестким мембранным диском 18 и размещена в центральных сквозных отверстиях, выполненных в эластичной мембране 17 и в жестком мембранном диске 18. При этом тяга 22 установлена с возможностью герметичного неподвижного соединения с эластичной мембраной 17 и жестким мембранным диском 18. Наружная огибающая корпуса 1 по вертикальным стенкам имеет цилиндрическую форму. В сквозном отверстии верхней торцевой стенки стакана 25 установлен с возможностью вращения винт 26, который посредством резьбового соединения обеспечивает возможность перемещения регулировочной нажимной шайбы 27 для установки степени сжатия пружины 28, опирающейся нижней частью на эластичную мембрану 17 через жесткий мембранный диск 18. Эластичная мембрана 17 и жесткий мембранный диск 18 размещены между плоским подмембранным диском 23 и гайкой 30, установленной на верхнем конце тяги 22 и зажаты между собой гайкой 30. Эластичная мембрана 17 изготовлена из силиконовой резины. В крышке 16 мембранной коробке выполнены два отверстия, в одном из которых установлен сапун (на чертеже не показан), а в другом установлен указатель положения мембраны (на чертеже не показан). Назначение сапуна, указателя положения мембраны и пружины 28 - такое же, как у наиболее близкого аналога.

Заявляемый регулятор давления газа работает следующим образом.

Пружина 28 регулятора, установленная в стакане 25, воздействует на жесткий мембранный диск 18 и создает силу А, направленную на открытие клапана 2. При установившемся расходе в регулятор через входную полость 10 корпуса 1 клапана поступает газ под давлением. Рвх. и, протекая через сквозное отверстие 13 в средней горизонтальной стенке корпуса 1, поступает в выходную полость 11 корпуса 1 в трубопровод за регулятором под давлением Рвых. Одновременно, газ поступает во внутреннюю полость 8 верхней части корпуса 1. Назначение поршня-компенсатора 24 - создание силы Fпк., эквивалентной силе, действующей на клапан 2 Fклап. = Sклап.*Рвх. = Sпк.*Рвх. (где Sклап. - площадь поперечного сечения цилиндрической части клапана 2; Sпк. - площадь поперечного сечения поршня-компенсатора 24 на участке, взаимодействующем с внутренней цилиндрической полостью 8 в верхней горизонтальной стенке корпуса 1 клапана). Таким образом, при изменении входного давления эти силы остаются равными и противонаправленными. Таким образом, изменение входного давления не влияет на баланс сил пружины 28 Fпруж. и эластичной мембраны 17 Fмемб. Система мембрана 17 - компенсатор 24 - клапан 2 перемещается так: Fпруж. = Fмемб. = Sмемб.*Рвых. (где Sмемб. - площадь эластичной мембраны 17). Подмембранная полость связана пневматически с трубопроводом за регулятором в месте, исключающем воздействие турбулентности (импульс, обратная связь). При увеличении расхода давление в трубопроводе падает, сила, создаваемая эластичной мембраной 17 Fмемб. = Sмемб.*Рвых.-- становится меньше силы пружины 28, система под действием пружины 28 перемещается вниз, клапан 2 открывается больше, пропуская большее количество газа, стремится восстановить баланс сил. При уменьшении расхода давление в трубопроводе растет, Fмемб. = Sмемб.*Рвых.++, сила мебраны 17 становится больше силы пружины 28 и перемещает систему вверх, закрывая клапан 2 до восстановления равенства сил. Движение штока 21, эластичной мембраны 17, жесткого мембранного диска 18 и подмембранного диска 23 является посредством тяги 22 взаимообусловленным и совместным. Эластичная мембрана17 (за счет своих упругих свойств) создает силу Б, направленную на закрытие клапана 2. Обе силы А и Б уравновешивают друг друга и задают положение клапана 2 для конкретного (данного) расхода газа.

При изменении расхода газа давление за регулятором также стремится измениться, в результате чего равнодействующая сил А и Б оказывается направленной на открытие или закрытие клапана 2 в соответствии с изменением расхода газа. Т.е. при увеличении расхода газа клапан 2 открывается, а при уменьшении - закрывается. Выходное давление остается неизменным в пределах допустимой точности регулирования.

На рабочий клапан 2 воздействует Рвх, это воздействие направлено вниз, на его открытие, и скомпенсировано воздействием Рвх. на поршень-компенсатор 24, направленным вверх. При изменении Рвх. выходное давление остается неизменным в пределах допустимой точности регулирования.

При увеличении расхода в выходной полости 11 нарастает давление и воздействует на клапан 2, создавая силу раскомпенсации, направленную на закрытие клапана 2 и уменьшение Рвых. Однако, поскольку клапан 2 установлен во внутренней цилиндрической полости 7 корпуса 1 на уплотнительном кольце 9, то обеспечивается подвижное герметичное соединение клапана 2 и внутренней цилиндрической полости 7, клапан 2 изолирован от этого воздействия, поэтому сила раскомпенсации, направленная на закрытие клапана 2, не возникает ни при каких расходах. При перемещении клапана 2 объем подклапанной камеры 29 изменяется, но за счет того, что подклапанная камера 29 связана пневматически с подмембранной полостью 35 (через центральное сквозное отверстие 31 в клапане 2, центральное сквозное отверстие 32 в штоке 21, 33 - внутреннюю полость 33 в тяге 22, сквозное отверстие 34 в боковой поверхности тяги 22), давление в ней остается неизменным и равным Рвых. Таким образом, при любых расходах выходное давление Рвых. остается неизменным в пределах допустимой точности регулирования.

Повышение максимального расхода газа, проходящего через регулятор давления газа, при точности регулирования ±2,5% на всем диапазоне расходов, за счет изоляции нижней горизонтальной поверхности рабочего клапана от динамических потоков газа и увеличения давления в выходной полости регулятора, было подтверждено испытаниями заявляемого регулятора давления и регулятора давления газа серии FGR. В ходе испытаний, проведенных на стенде расходном на сжатом воздухе, было установлено, что заявляемая модель регулятора давления газа прямого действия с изолированным клапаном развивает следующие характеристики, например, для регулятора с условным диаметром DN 50: максимальный расход Q=3900 нм3/час при точности регулирования ±2,5 %, при Рвх=0,6 МПа, Рвых=0,03 Мпа на всем диапазоне расходов.

Упрощение конструкции заявляемого регулятора давления газа по сравнению с наиболее близким аналогом обеспечено за счет:

- исключения импульсной трубки;

- за счет исключения из конструкции регулятора промежуточного седла в средней горизонтальной стенке корпуса. Вместо этого применено следующее техническое решение - верхняя часть клапана 2 выполнена конусообразной с возможностью контакта с ответной конусообразной поверхностью стенки сквозного отверстия 13, выполненного в средней горизонтальной стенке корпуса 1;

- вместо сложного плунжерного механизма в конструкции заявляемого регулятора применен поршень-компенсатор 26, установленный на штоке 23; при этом поршень-компенсатор 26 размещен во внутренней цилиндрической полости 8 в верхней части корпуса 1 и снабжено уплотнением 32, обеспечивающем подвижное герметичное соединение между поршнем-компенсатором 26 и внутренней цилиндрической поверхностью 8;

- в заявляемом регуляторе изоляция клапана 2 обеспечена при его размещении внутри внутренней цилиндрической полости 7 в нижней горизонтальной стенке корпуса 1 за счет уплотнения, выполненного на наружной цилиндрической поверхности клапана и обеспечивающего плотный герметичный контакт между наружной цилиндрической поверхностью клапана и внутренней вертикальной цилиндрической поверхностью полости, выполненной в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана.

Упрощение конструкции регулятора обусловливает снижение его металлоемкости.

Точность измерения повышается за счет:

- за счет снижения количества конструктивных элементов регулятора, поскольку, чем больше конструктивных элементов, тем менее точным будут измерения, т.к. обеспечить надлежащую обработку поверхностей и точное соблюдение всех геометрических размеров всех конструктивных элементов - сложно. Отклонение в геометрическом параметре или степени его обработки одного из конструктивных элементов, обусловит снижение точности измерения всего регулятора;

- за счет более надежной изоляции клапана 2 посредством уплотнения 9, размещенного в наружной кольцевой проточке, выполненной на наружной вертикальной поверхности клапана, имеющего цилиндрическую форму;

- за счет возможности обеспечения более точной соосности конструктивных элементов клапана за счет снижения количества конструктивных элементов, требующих обеспечения соосности по сравнению с наиболее близким аналогом.

Изобретение относится к регуляторам давления газа, устанавливаемым на трубопроводах. Регулятор содержит корпус клапана, клапан, мембранную коробку и расположенный над ней жесткий мембранный диск, клапан и эластичная мембрана с жестким мембранным диском связаны между собой посредством штока, в крышке мембранной коробке выполнено сквозное отверстие, на крышке мембранной коробке закреплен стакан, внутри стакана установлена пружина, в корпусе клапана выполнена цилиндрическая полость, в котором выполнено отверстие, наружная поверхность клапана выполнена цилиндрической с кольцевой проточкой для размещения уплотнения, обеспечивающего герметичность, внутри корпуса клапана установлен шток с отверстием, нижняя часть штока соединена с клапаном, верхняя часть штока размещена в полости, на верхней части штока установлен поршень-компенсатор, на поршне-компенсаторе выполнена кольцевая проточка для размещения уплотнения, верхний конец штока снабжен тягой, тяга закреплена на верхнем конце штока, в тяге выполнено радиальное отверстие, тяга соединена с эластичной мембраной и жестким мембранным диском и размещена в центральных сквозных отверстиях, при этом тяга установлена с возможностью герметичного неподвижного соединения с эластичной мембраной и жестким мембранным диском. Технический результат: упрощение конструкции регулятора давления газа, снижение металлоемкости, повышение точности. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулятор давления газа, содержащий корпус клапана, состоящий из верхней и нижней частей с открытыми верхней входной и нижней выходной внутренними полостями, направленными в противоположные стороны и разделенными средней горизонтальной стенкой со сквозным центральным отверстием, обеспечивающим сообщение верхней и нижней полостей корпуса клапана, клапан, размещенный в нижней части корпуса клапана, мембранную коробку, закрепленную на корпусе клапана и содержащую корпус мембранной коробки с крышкой мембранной коробки, размещенные внутри мембранной коробки эластичную мембрану и расположенный над ней жесткий мембранный диск, при этом эластичная мембрана и жесткий мембранный диск закреплены по периметру между корпусом и крышкой мембранной коробки с образованием изолированных друг от друга подмембранной и надмембранной полостей, при этом подмембранная полость образована под эластичной мембраной, а надмембранная полость образована над жестким мембранным диском, клапан и эластичная мембрана с жестким мембранным диском связаны между собой посредством штока, обеспечивающего совместное перемещение клапана и эластичной мембраны с жестким мембранным диском, в крышке мембранной коробки выполнено сквозное отверстие, на крышке мембранной коробки закреплен стакан, внутренняя полость которого сообщена с надмембранной полостью через сквозное отверстие в крышке мембранной коробки, при этом между стаканом и крышкой мембранной коробки обеспечено герметичное соединение, внутри стакана соосно с ним установлена пружина с возможностью регулируемого упругого воздействия на жесткий мембранный диск, отличающийся тем, что корпус клапана выполнен с вертикальными боковыми стенками и верхней, нижней и средней горизонтальной стенками, верхняя часть корпуса клапана содержит верхнюю горизонтальную стенку, боковую вертикальную стенку и ограничена снизу средней горизонтальной стенкой, нижняя часть корпуса клапана содержит нижнюю горизонтальную стенку, боковую вертикальную стенку и ограничена сверху средней горизонтальной стенкой, между верхней горизонтальной стенкой, боковой вертикальной стенкой и средней горизонтальной стенкой в верхней части корпуса клапана образована верхняя входная внутренняя полость, между нижней горизонтальной стенкой, боковой вертикальной стенкой и средней горизонтальной стенкой в нижней части корпуса клапана образована нижняя выходная внутренняя полость, в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана выполнена внутренняя цилиндрическая полость для размещения клапана, в котором выполнено центральное сквозное отверстие, наружная вертикальная боковая поверхность клапана выполнена цилиндрической с кольцевой проточкой для размещения уплотнения, обеспечивающего герметичное прилегание наружной вертикальной боковой поверхности клапана к вертикальной поверхности внутренней цилиндрической полости, выполненной в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана с сохранением герметичного подвижного контакта между указанными поверхностями, внутренняя цилиндрическая полость для размещения клапана выполнена закрытой с наружной стороны корпуса клапана, при этом клапан установлен с возможностью его вертикального перемещения от нижней горизонтальной стенки корпуса клапана до средней горизонтальной стенки корпуса клапана, верхняя часть клапана выполнена конусообразной с возможностью плоского контакта с ответной конусообразной внутренней поверхностью сквозного отверстия в средней горизонтальной стенке корпуса клапана, верхняя горизонтальная стенка корпуса клапана выполнена со сквозным отверстием с образованием открытой цилиндрической полости, внутри корпуса клапана установлен шток с центральным сквозным отверстием, нижняя часть штока соединена с клапаном с возможностью сообщения внутренних полостей сквозных отверстий, выполненных в клапане и в штоке, верхняя часть штока размещена во внутренней цилиндрической полости, выполненной в верхней горизонтальной стенке корпуса клапана, на верхней части штока установлен поршень-компенсатор с возможностью перемещения вдоль внутренней вертикальной поверхности цилиндрической полости, выполненной в верхней горизонтальной стенке корпуса клапана, на наружной вертикальной цилиндрической поверхности поршня-компенсатора выполнена кольцевая проточка для размещения уплотнения, обеспечивающего герметичное прилегание наружной вертикальной боковой поверхности поршня-компенсатора к вертикальной поверхности внутренней цилиндрической полости, выполненной в верхней горизонтальной стенке корпуса клапана с сохранением герметичного подвижного контакта между указанными поверхностями, верхний конец штока снабжен тягой с образованием внутренней полости тяги между верхней торцевой поверхностью штока и поверхностью выемки, выполненной внутри тяги, тяга закреплена на верхней конце штока, в наружной поверхности тяги, ограничивающей внутреннюю полость тяги, выполнено радиальное отверстие, обеспечивающее сообщение подмембранной полости, внутренних полостей сквозных отверстий, выполненных в штоке и в клапане и подклапанной камеры, образующейся между клапаном и нижней горизонтальной стенкой корпуса клапана в процессе перемещения клапана, тяга соединена с эластичной мембраной и жестким мембранным диском и размещена в центральных сквозных отверстиях, выполненных в эластичной мембране и в жестком мембранном диске, при этом тяга установлена с возможностью герметичного неподвижного соединения с эластичной мембраной и жестким мембранным диском.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что нижняя торцевая стенка корпуса клапана, ограничивающая внутреннюю цилиндрическую полость в нижней горизонтальной стенке корпуса клапана, выполнена в виде плоской заглушки, жестко и герметично соединенной с боковой поверхностью нижней части корпуса клапана.

3. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что наружная огибающая корпуса клапана по вертикальным стенкам имеет цилиндрическую форму.

4. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что в сквозном отверстии верхней торцевой стенки стакана установлен с возможностью вращения винт, который посредством резьбового соединения обеспечивает возможность перемещения регулировочной нажимной шайбы для установки степени сжатия пружины, опирающейся нижней частью на эластичную мембрану через жесткий мембранный диск.

5. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что эластичная мембрана и жесткий мембранный диск прижаты друг к другу в непосредственной близости от тяги.

6. Регулятор по п. 5, отличающийся тем, что под эластичной мембраной на тяге неподвижно закреплен плоский подмембранный диск, обеспечивающий прижим эластичной мембраны к жесткому мембранному диску.

7. Регулятор по п. 6, отличающийся тем, что эластичная мембрана и жесткий мембранный диск прижаты друг к другу посредством подмембранного плоского диска и гайки, установленной над жестким мембранным диском на верхнем конце тяги, снабженном резьбой, с возможностью зажима эластичной мембраны и жесткого мембранного дичка между гайкой и плоским подмембранным диском.

8. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что эластичная мембрана изготовлена из силиконовой резины.

9. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что в крышке мембранной коробки выполнены два отверстия, в одном из которых установлен сапун, а в другом установлен указатель положения мембраны.