РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА Российский патент 2024 года по МПК G05D16/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее решение относится к области газоснабжения и газораспределения промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных объектов, в частности к технике автоматического регулирования давления газа и поддержания давления рабочей среды на заданном уровне.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известен регулятор давления газа (патент РФ №2319193, опубл. 10.03.2008), содержащий исполнительное устройство, стабилизатор давления с обходной линией и пилот, имеющий многокамерную конструкцию, регулируемый дроссель и клапан, отличающийся тем, что стабилизатор выполнен со скрытой внутрь корпуса обходной линией, выполненной в виде канала в перегородке корпуса стабилизатора, пилот выполнен с каналом, в котором сцентрирован клапан пилота, и регулируемый дроссель установлен в стенке пилота, таким образом, что его ось параллельна оси пилота и он связан с камерами пилота при помощи каналов.

Известен ускоритель пилотного регулятора давления газа (патент РФ № 177414, опубл. 21.02.2018), характеризующийся тем, что он выполнен с возможностью установки в регулятор и представляет собой корпус с крышкой, между которыми закреплена подвижная система, обеспечивающая передачу усилия пружины на клапан, установленный в корпусе ускорителя, при этом в корпусе ускорителя выполнен внутренний канал, обеспечивающий сброс избыточного управляющего давления, создаваемого пилотом, в газопровод после регулятора.

Известен регулятор давления газа (патент РФ № 86328, опубл. 27.08.2009), содержащий исполнительное устройство, выполненное с возможностью подключения между входной и выходной линиями и соединенное со стороны входной линии со стабилизатором давления, в свою очередь соединенным с пилотом, исполнительное устройство включает корпус с крышкой, мембранный привод, делящий полость исполнительного устройства на исполнительную и управляющую камеры, при этом выход пилота соединен через первый дроссель с управляющей камерой, а выходная линия соединена с исполнительной камерой и пилотом, отличающийся тем, что он снабжен импульсной стойкой с расположенным в ней вторым дросселем, выполненным с возможностью обеспечения исключения колебаний выходного давления в процессе работы, при этом импульсная стойка закреплена на корпусе исполнительного устройства со стороны входа в исполнительную камеру, обеспечивая соединение выходной линии с исполнительной камерой и пилотом, а первый дроссель расположен в крышке исполнительного устройства, стабилизатор выполнен с возможностью регулирования выходного давления газа, а выход пилота, соединенный через первый дроссель с управляющей камерой, одновременно соединен через второй дроссель с исполнительной камерой. При этом пилот регулятора давления газа снабжен регулировочным стаканом, встроенным в корпус пилота и выполненным с возможностью перемещения для обеспечения настройки выходного давления. Мембранный элемент мембранного привода исполнительного устройства выполнен литым из сырой резины НО-68, а корпус с крышкой исполнительного устройства изготовлен из алюминия марки от АК 5 М2 до АК 12 ОЧ. Рабочая поверхность клапана исполнительного устройства покрыта слоем вулканизированной резины. Мембранный элемент пилота выполнен из литой резины. Регулировочный стакан и корпус пилота соединены посредством резьбового соединения, при этом полость регулировочного стакана выполнена сообщающейся с полостью корпуса пилота, который выполнен из алюминия.

Анализ предшествующего уровня техники показывает, что недостатком конструкции регуляторов является отсутствие в пилоте (механизме управления) устройства быстрого сброса управляющего давления.

Регулятор, имеющий в своём составе устройство быстрого сброса управляющего давления, закрывается быстрее, обеспечивает меньший прирост выходного давления, что однозначно повышает надёжность и безопасность регулятора.

Анализ патента РФ №177414 показывает, что регулятор может оснащаться отдельным устройством сброса управляющего давления (ускорителем).

Недостатком данного решения является то, что ускоритель выполнен в виде отдельного устройства со своими корпусными деталями, имеет ручную настройку, имеет отдельный клапан и импульсные трубки.

Из открытых источников известен наиболее близкий аналог - прямоточный регулятор давления газа непрямого действия производства Emerson (https://www.emerson.com/documents/automation/manuals-fl-pressure-regulators-instruction-manual-tartarini-ru-ru-5982856.pdf), который в составе пилота имеет отдельный клапан для сброса управляющего давления.

Однако в качестве недостатка следует отметить необходимость установки отдельного клапана сброса дополнительно к регулирующему. Также стоит отметить возникающий изгибающий момент при открытии клапана сброса, так как он закреплён на рычаге, при помощи которого происходит открытие клапана пилота, что влечёт за собой создание изгибающих нагрузок и, как следствие, дополнительных сил трения, влияющих на точность работы клапана.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявляемое изобретение направлено на устранение недостатков предшествующего уровня техники и на решение следующих задач: повышение безопасности системы газоснабжения, повышение технологичности изготовления.

Техническим результатом изобретения является повышение надёжности, технологичности регулятора давления газа, точности срабатывания клапана сброса, встроенного в пилот регулятора давления газа.

Технический результат достигается за счёт применения одного клапана с одной уплотняющей поверхностью, но выполняющего функции двух отдельных клапанов (регулирование и сброс управляющего давления), за счёт снижения количества деталей, сопрягаемых с зазором, за счёт приложения к клапану осевых нагрузок вместо нагрузок, создающих изгибающих момент при открытии и закрытии клапана сброса.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Заявляемое изобретение поясняется чертежами:

На фиг. 1 изображён общий вид регулятора давления газа.

На фиг. 2 изображён регулятор давления газа в разрезе.

Позициями на чертежах обозначены:

1. исполнительный механизм,

2. пилот,

3. штуцер,

4. импульсная трубка,

5. импульсная трубка,

6. мембрана,

7. канал,

8. пружина,

9. винт,

10. тяга,

11. мембрана,

12. коромысло,

13. камера с импульсным давлением,

14. штуцер,

15. канал,

16. шпилька,

17. тарелка,

18. камера с управляющим давлением,

19. камера с выходным давлением,

20. клапан,

21. гильза (подвижное седло),

22. пружина,

23. камера с импульсным давлением,

24. тарелка,

25. стабилизатор,

26. толкатель,

27. канал,

28. пружина,

29. клапан,

30. втулка,

31. седло,

32. пружина,

33. канал,

34. седло.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 показан регулятор давления газа, который состоит из исполнительного механизма 1, пилота 2, соединённого с исполнительным механизмом при помощи импульсных трубок 4, 5. На фиг. 1, 2 видно, что для подачи импульсного (выходного) давления предусмотрены штуцеры 3 и 14. Внутренняя полость исполнительного механизм 1 разделена мембраной 6, жестко связанной с гильзой 21 посредством тарелок 17, 24 и шпилек 16, на камеру с управляющим давлением 18 и камеру с импульсным давлением 23. В выключенном состоянии гильза 21 герметично прижата к уплотняющей поверхности клапана 20 при помощи пружины 22.

В пилот 2 встроены стабилизатор 25 и механизм управления вид А. Входное давление по импульсной трубке 4 поступает на вход стабилизатора 25. Стабилизатор 25 редуцирует входное давление на заданную величину. Давление после стабилизатора 25 по каналу 7 поступает на вход механизма управления вид А. Клапан 29, отличающий настоящее изобретение, под действием пружины 32 находится в открытом состоянии. Давление через канал 33 и канал 15 поступает в управляющую камеру 18. Под действием давления между гильзой 21 и клапаном 20 образуется небольшой зазор. В полости 19 образуется выходное давление, которое через штуцера 3 и 14 поступает в импульсные камеры 13 и 23 соответственно. Импульсное давление в камере 13 создаёт усилие на мембране 11. Тяга 10, жестко закреплённая на мембране 11, приходит в движение и через коромысло 12 воздействует на толкатель 26. Толкатель 26 в свою очередь приводит в движение втулку 30. Под действием пружины 28 клапан 29 прижимается к седлу 31 перекрывая канал 33. Давления в камерах 18 и 23 выравниваются, гильза 21 под действием пружины 22 плотно прижимается к уплотняющей поверхности клапана 20. При этом, при разгруженной пружине 8, значение образовавшегося давления на выходе регулятора меньше минимального значения настройки регулятора.

Настройка регулятора на необходимое выходное давление осуществляется при помощи вращения винта 9. При вращении винта 9 против часовой стрелки происходит сжатие пружины 8. Под воздействием усилия пружины 8 тяга 10 приходит в движение. Усилие на коромысле 12, а, следовательно, и на толкателе 26, создаваемое тягой 10, ослабевает. Втулка 30 с седлом 31 и клапаном 29 под действием пружины 32 приходят в движение. Образуется зазор между клапаном 29 и седлом 34. Каналы 33 и 15 соединяются и в камере с управляющим давлением 18 образуется управляющее давление. Мембрана 6 приходит в движение под действием сил, создаваемых управляющим давлением, приходит в движение и гильза 21, жестко закреплённая с мембраной 6. Образуется зазор между гильзой 21 и клапаном 20. В камеру 19 поступает выходное давление. Затем в камеру 13 через канал в штуцере 14, а в камеру 23 через канал в штуцере 3 поступает импульсное (выходное) давление. Если усилие, создаваемое импульсным давлением на мембране 11 соответствует усилию пружины 8 то система находится в равновесии. Регулятор поддерживает заданное пружиной 8 значение выходного давления с требуемой точностью.

При прекращении отбора газа потребителем в газопроводе после регулятора начинает возрастать давление. Пружина 8 сжимается под нарастающим усилием, создаваемым мембраной 11. Тяга 10 снова приходит в движение. Усилие, создаваемое тягой 10 через коромысло 12, передается на толкатель 26. Толкатель передаёт поступательное движение втулке 30 с закреплённой на ней седлом 31 и установленным в неё клапаном 29. Клапан 29, под действием пружины 28 упирается в уплотнительную кромку седла 34. Подача управляющего давления в камеру 18 прекращается. При дальнейшем повышении выходного давления втулка 30 с седлом 31 продолжает движение. При этом пружина 28 сжимается и образуется зазор между клапаном 29 и седлом 31. За счёт образовавшегося зазора камера с управляющим давлением 18 через канал 27 соединяется с камерой импульсного давления 13. Происходит быстрый сброс управляющего давления из камеры 18. Регулятор закрывается.

Отличительной особенностью данного изобретения от существующего аналога является наличие клапана 29 с одной уплотняющей поверхностью, совмещающего в себе одновременно две функции: регулирования и сброса управляющего давления, за счет обеспечения одной поверхностью как регулирование подачи управляющего давления в управляющую камеру исполнительного механизма регулятора путём перекрытия канала, связывающего камеру с управляющим давлением исполнительного механизма с каналом подачи входного давления, так и быстрого сброса управляющего давления за счёт открытия канала, связывающего камеру с управляющим давлением исполнительного механизма и камеру с импульсным давлением пилота. Данное конструктивное решение позволяет исключить из состава пилота, а именно из механизма управления отдельный клапан сброса, при этом сохранив его функции.

Для подтверждения заявленного в описании изобретения технического результата ниже приведены объективные данные, полученные в результате оценок, принятых в области механики и теоретические обоснования, основанные на научных знаниях.

Стандартный диаметр отверстия дросселя, через который происходит сброс управляющего давления, составляет 0,8 мм, при этом площадь отверстия сброса, рассчитанная по формуле S = π × r² составляет 0,5 мм². Эффективный диаметр сброса управляющего давления при помощи клапана быстрого сброса составляет 2,0 мм, при этом площадь сбросного отверстия составляет 3,14 мм².

Из соотношения площадей видно 3,14 / 0,5 = 6,28, что регулятор, имеющий в своём составе клапан быстрого сброса закрывается до 6,28 раза быстрее, чем регулятор без него.

Из уровня техники известно, что, чем меньше деталей в системе, тем выше её надёжность, а, следовательно, применение одного клапана вместо двух увеличивает надёжность регулятора и улучшает технологичность его изготовления.

Изобретение относится к устройствам для регулирования давления газа в области газоснабжения. Технический результат заключается в повышении надёжности регулятора давления газа. Технический результат достигается за счет того, что в механизме управления установлен клапан регулирования и быстрого сброса управляющего давления, который представляет собой подпружиненный клапан, работающий в паре с двумя сёдлами, обеспечивая одной поверхностью как регулирование подачи управляющего давления в управляющую камеру исполнительного механизма регулятора путём перекрытия канала, связывающего камеру с управляющим давлением исполнительного механизма с каналом подачи входного давления, так и быстрый сброс управляющего давления за счёт открытия канала, связывающего камеру с управляющим давлением исполнительного механизма и камеру с импульсным давлением пилота. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулятор давления газа, состоящий из исполнительного механизма с подвижным седлом, жестко закреплённым на мембране, которая разделяет внутреннюю полость на полость с импульсным и полость с управляющим давлением, пилота, соединённого с исполнительным механизмом при помощи импульсных трубок, при этом в пилот встроены стабилизатор и механизм управления, отличающийся тем, что механизм управления содержит клапан с одной уплотняющей поверхностью, который представляет собой подпружиненный клапан, находящийся во взаимодействии с двумя сёдлами, выполненный с возможностью регулирования и сброса управляющего давления.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что подпружиненный клапан выполнен с возможностью обеспечения одной поверхностью как регулирования подачи управляющего давления в управляющую камеру исполнительного механизма регулятора посредством перекрытия канала, связывающего камеру с управляющим давлением исполнительного механизма с каналом подачи входного давления, так и быстрого сброса управляющего давления посредством открытия канала, связывающего камеру с управляющим давлением исполнительного механизма и камеру с импульсным давлением пилота.