Регулятор давления Советский патент 1983 года по МПК G05D16/10 

(5) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ

1

Из.обретение относится к гшевмоавтоматике и может найти применение в различных отраслях промышленности и транспорта при регулировании давления газа,

Известны двухконтурные регуляторы давления, представляющие собой два регулятора, включенные последовател но ll . Известный регулятор оЪеспе- ,Q чивает регулирование только одного параметра.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор, представляющий собой два ,5 регулятора контура), каждый из которых состоит из корпуса с входным и выходным каналами и седлом, дросселирующего клапана с пружиной и толкателем, взаимодействующим с чувстви-20 тельным элементом, нагруженные у одного регулятора регулируемой пруниной, у второго регулятора - выходным давлением первого регулятора {2 .

Недостатками известного регулятора являются невысокая надежность работы и точность поддержания заданного соотношения давлений на вькоде конт туров, а также то, что регулятор обеспечивает регулирование только двух параметров (потоков) газа, что его функциональные возможности. Недостаточная надежность известного регулятора обусловлена.тем, что при нарушении герметичности чувствительного элемента создается аварийная ситуация, в результате чего может прО изойти нежелательное, а в ряде случаев и взрывоопасное смешение регулируемых газов (если смесь этих газов взрывоопасна). Невысокая точность поддержания требуемого соотноиения давлений на выходе контуров о()условлена различным трением в подвижных их элементах, неточностью изготовле- ния, сборки чувствительных элементов.

О сужении функциональных возможностей известного регулятора свиде31

тельствует невозможность использовония его как одноконтурного регулятора, обеспечивающего большой расход газа. .

Цель изобретения - повышение точности и надежности регулятора, а также расширение функциональных 11Озмо : ностей регулятора и улучшение его динамических характеристик.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе давления, содер)ха щем корпус с входными и выходными каналами с установленными в нем первым и вторым чувствительными эле .ментами, связанными толкателями с первым и вторым клапанами соответственно, причем первый чувствительный элемент связан с пружиной задания, а управляющая полость второго чувствительного элемента связана каналом с полостью, расположенной под первым чувствительным элементом первый и второй чувствительные элементы выполнены в виде двух-ступенчатых поршней, торцовая поверхность меньшей ступени первого из них связана с толкателем первого клапана, а торцовая поверхность большей ступени второго - с толкателем второго клапана, причем полости,образованные ступенями двухступенчатых поршней и корпусом, связаны между собой и заполнены жидкостью.

Полости, образованные ступеня)ли двухступенчатых поршней и KoptiycoM, заполнены жидкостью, нейтрализующей утечки регулируемой -среды.

Полость, образованная торцовой поверхностью меньшей ступени первого двухступенчатого поршня и корпусом, сообщена каналом, в котором установлен запорный элемент, с полостью, образованной торцовой поверхностью большей ступени второго двухступенчатого поршня и корпусом, а в канале, связывающем управляющую полость второго чувствительного элемента с полостью, расположенной под первым чувствительным элементом, установлен дроссельный элемент.

На чертеже представлен предлагаемый регулятор давления в разрезе.

Регулятор давления состоит из дву контуров регулирования. Первы( контур содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами и седлом (, первый клапан 5 с пружиной 6 и толкателем 7, взаимодействующим с первым чувствительным элементом 8, нагружен94

ным посредством регулировочного оинта 9 и тарели 10 пружиной 11 задания. Корпус 1 закрыт стаканом 12.

Второй контур регулирования вклпчает в себя корпус 13 с входным lA и выходным 15 каналами и седлом 16, второй клапан 17 с пружиной 18 и толкателем 19) контактирующим с иторын чувствительным элементом 20. Управляющая полость 21 над чувствительным элементом 20 сообщена каналом 22 с выходной-полостью 23 первого ютнтура регулирования, расположенной гюд первым чувствительным элементом У. В канале 22 установлен дроссельный элеент 2k ,

Чувствительные элементы О и 20 выолнены в виде первого и второго двухступенчатых поршней 4 образующих с

корпусами 1 и 13 соответственно поости 25 и 26, заполненные нейтрализующей утечки регулируемой среды жидкостью и сообщенные между собой каналом 27. Торцовая поверхность мень

шей ступени первого чувствительного элемента 8 обращена к выходной tioлости 23 первого контура, у второгсг чувствительного элемента 20 к выходной полости 28 второго контура регулирования обращена торцовая поверхность ступени большего диаметра Воз можно и противоположное ориентирование чувствительных элементои 8 и 20, Выходные полости 23 и 28 контуров сообщены между собой каналом 29 с

запорным элементо.м 30,

Регулятор давления работает следующим образом.

В исходном положении пружина 11 задания сжата винтом 9 через опорную тарель 10. Чувствительный элемент 8 максимально опущен вниз и находится у упора корпуса 1, Первый клапан 5 через толкатель 7 максимально отжат от седла и образует с последним максимальное проходное сечение. За счет вытеснения ; идкости из полости 25 в полость 2Ь через канал 27 чувствительный элемент 20

также максимально опущен вниз. Второй клапан 17 отжат от седла 16 поршнем 20 и образует максимальное проходное сечение,Запорный элемент 30 закрыт.

Различные газы от двух различных источников подводятся к каналам 2 и 1 обоих контуров регугирования. В зазорах между клапанами 5 и 17 , и их седлами газ дросселируется, его давление понижается. Газ пониженного давления поступает в выходные полости 23 и 28.Из полости 23 по каналу 22 с дроссельным эле ментом 2k газ поступает в управляющую полость 21 второго контура регулирования. Наличие дроссельного элемента обуславливает запоздание роста давления в полости 21 по сравнению с полостью 23, в последней давление повышается быстрее. В такой )хе мере будет повышаться давление и в полости 28, опережая рост давления в полости 21. Это приведет в начальный момент к некоторому резкому подъ ему вверх чувствительного элемента .(поршня 20 и перекрытию проходного сечения клапана 17- Но при этом из полости 26 мидкость будет пероте-, кать в полость 25 и чувствительный элемент Гпоршень) В также будет подниматься вверх, уменьшая сечение между первым клапаном 5 и седлом 4. В результате давление газа в иыходных полостях 23 и 28 будет повышаться более плавно. Повышение давления в выходных полостях контуров сопровождается увели рением силы возбуждения на чупствительные элементы (поршень) О и 20, к торые при этом поднимаются вверх, уменьшая проходное сечение контуров и, следовательно, приток газа на их выходы. Если выходные каналы 3 и 15 закрыты, то при определенном давлении в выходных полостях, называемом давлением настройки в статике, чувст вительные элементы 8 и 20 поднимутся вверх настолько, что клапаны IJ- и 17 сядут на седла и 16 соответственно, разобщив входные и выходные каналы контуров. При отборе газа в объ екты регулирования его давление и си ла воздействия на чувствительные элементы 8 и 20 несколько сни хаются,

чувствительные элементы опускаются вниз, отжимая от седла 4 и 1б клапаны 5 и 17. Через образовавшиеся 1чели газ от источников давления будет поступать в полости 23 и 28, обуславливая повышение в них давления и компенсируя отбор газа через регулятор. Между подвижными элементами регулятора устанавливается динамическое равновесие, соответствующее определенному расходу газа через контуры регулирования. Если расход газа изменяется, то новое равновесие наступает 100

так как в нем исключается -непосредственный контакт регулируемых газов. При нарушении герметичности уплотнения чувствительных элементов газ поступает в жидкость в полости 21) и 26, где нейтрализуется. Если, например регулятор работает на двух газах, образующих между собой пожаровзрывоопасные смеси, то в качестве жидкости, заполняющей полости 23 26, может использоваться хладон, флегматизирующий смеси регулируемых газов. 029 при другой величине щели между клапаном и седлом контура регулирования. Если при работе регулятора на два объекта регулирования давление в оыходной полости какого-либо контура изменится, то это приведет к соответствующему перемещению чувствительного элемента этого контура и изменению величины проходного сечения, компснсирующему вызвавшее его изменение выходного давления. Так как чувствительные элементы контуров св;пзаны между собой через жидкость в nojwcтях 25 и 2б, то перемвчение чувствительных элементов будет происходить одновременно, необходимое соотношение выходных давлений контуров будет поддерживаться более точно. Если, например давление в сюлос ти 23 повысится, то это вызовет подъем вверх чувствительного элемента 8 и уменьшение проходного сечения клапана 5. При этом давление в полости 23 восстановится (уменьшится) . Но одно-, временно с перемещением вверх чувствительного элемента 8 переместится вверх и чувствительный элемент 20, уменьшив проходное сечение BTOpcfro клапана 17, оба контура будут реагировать на изменение выходного давления в одном из них. Так работает предлагаемый регулятор при использовании его в качестве двухконтурного регулятора давления газа, работающего на два независимых объекта регулирования. Одновременное движение чувствительных элементов обеспечивает более высокую точность работы регулятора, в нем меньше оказываются неточность изготовления и сборки устройства. Заполнение полостей 25 и 26 нейтрализующей утечки регулиpyefюli среды жидкостью повышает надежность и безаварийность работы регулятора, 710 Регулятор может использоваться ка одноконтурный при работе на один объ ект регулирования ( при выдаче газа пониженного давления одному потребителю) , В этом случае входнь1е каналы 2 и 14 подключают к одному или двум -независимым источникам одинакового газа. Выходные каналь 3 и 15 по ключают к одному объекту регулироватя ( потребителю) ,запорный элемент 30 открывается. При подводе к каналам 2 и 1 газа высокого давления он посту пает, дросселируясь в зазорах мемду клапанами 5 и 17 и иу седлами, в выходные полости 23 и 28. Давление в этих полостях благодаря каналу 29 и открытому элементу 30 выравниоается и повышается. Если выходные каналы з крыты, то при настроечном в них давлении поршни 8 и 20 поднимаются ввер настолько, что клапаны 5 и 17 садятся на свои седла, разобщая входные и выходные полости регулятора. При отборе газа в объект регулиро вания его давление в полостях 23 и 28 и сила воздействия на поршни 8 и 20 несколько уменьшается. Последние опускаются вниз, открывая клапаны 5 и 17. Приток газа на выход ре гулятора увеличивается, компенсируя падение давления и отбор газа по треби телем. В установившемся режиме работы ре гулятора между силами, действующими на подвижную систему устройстиа, устанавливается динaмичec ft)e равновесие, соответствующее определенному расходу газа. Если расход газ.ч изменяется, то новое равновесие наступает при другой величине щели между клапанами 5 и 17 и их седлами. В установившемся реж ie даиление в полости 21 равно давлению в полостях 23 и 28. При резком изменении вы ходного давления давление в полости 21 благодаря дроссельному элементу 2k не успевает также pe;iKO измеьшться. На поршне 20 при этом созд ется дополнительный перепад давления , перемещающий его в положение, обеспечивающее необходимую конпенсацию изменения давления на выходе. Если, например, давление и полостях 23 и 28 резко понизится (при рез ком увеличении отбора газа), то давление в полости 21 не успеет так быстро уменьшиться с На поршне 20 возникнет перепад давления, под действием которого поршень 20 98 переместится вниз. При этом передвинется вниз и поршень 8. Клап1)ны 5 и-17 приоткроются, приток газа в полости 23 и 28 увеличится, давление в них восстановится. Этим достигается реакция обоих чувствитель1шх элементов .{поршней 8 и 20) не только на абсолютную величину давления на выходе регулятора, но и на скорость изменения этого давления о Причем это обеспечивается одним дроссельным элементом 2k. Динамические хара| т; ерист ки регулятора улучшаются .Работа двух клапанов позволяет заметно увеличить производительность регулятора при работе на один объект регулирования . Возможность использоваТния регулятора для регулирования как двух, так и одного параметра газа расширяет его функциональные возможности. Регулятор прост по устройству, надежен и безопасен в работе, обеспечивает высокую точность поддержания давления газа в выходных каналах контуров и соотношения между ними. Регулятор обеспечивает плановое повышение давления на выходе, позволяет получать большие расходы. формула изобретения 1. Регулятор давления, содерхощий корпус с входными и выходными каналами с установленными в нем первым и вторым чувствительныгАи элементами, связанными толкателями с первым и вторым клапаном соответственно, причем первый чувствительный элемент связан с пружиной задания, а управляющая полость второго чувствительного элемента каналом с полостью, расположенной под первым чувствительным элементом, отли чающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, первый и второй чувствительные элементы выполнены в виде двух ступенчатых поршней, торцовая поверхность меньшей ступени первого из них связана с толкателем первого клапана, э торцовая поверхность большей ступени второго - с толкателем второго клапана, причем полости, образованные ступенями двухступенчатых поршней и корпусом, связаны между собой и заполнены жидкостью.

9100

мент с полостью, образованной торцо вой поверхностью большей стушгни второго двухступенчатого поршня и корпусом, а в канале, связыва хаем 5 управляющую полость второго чувствительного элемента с полостью, расположенной под первым чувствительным , элементом, установлен дроссельный элемент.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 809099, кл. G 05 Р 1.6/10, 1970. 5 2. Кармугин Б.В. и др. Современные конструкции малогабаритной пневмоарматуры. Киев, Техника, 1980, с. 70, рис. 10 (прототип).