Устройство для регулирования давления газа Советский патент 1983 года по МПК G05D16/10 

Изобретение относится к .пневмоавтоматике и может быть использовано в качестве автоматической систем регулирования давления перед потребителем газовой среды. Известен регулятор давления газа содержащий корпус с входной и выход ной полостями, разделенными регулирующим органом, связанным штоком с чувствительным элементом, образующим с корпусом полость, Связанную ,трубчатым элементом с выходным пат.рубком расширяющегося профиля, Формой выходного,патрубка и связью это го патрубка с полостью чувствительного элемента достигается «некоторое повышение точности регулирования давления газа при изменении расхода рабочей среды 1. Однако при этом невозможно регулировать компенсацию потерь давлени применительно к различным условиям нагрузки. Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является газовый регулятор давления, содержа щий корпус с входной и выходной полостями, разделенными регулирующим органом, связанным штоком с чувстви тельным элементом, образующим с кор пусом полость, связанную с участком выходной магистрали уменьшенного сечения и через сменный дроссель с расширеннымучастком этой магистрали что позволяет компенсировать потери давления в выходной магистрали и регулировать сменой дросселя компенсацию потерь применительно к различным схемам и параметрам среды 2 . Однако для компенсации больших потерь давления требуется значитель ное уменьшение критического сечения выходной магистрали, что ограничивает расход регулируемой среда. Кроме того, изменение давления в узком сечении квадратично зависит от расхода среды (скорости потока), зависимость давления в полости чувствительного элемента от расхода среды становится жесткой, что уху дшает динамические характеристики регулятора. Это не позволяет получить полной компенсации изменения выходного давления при больших расходах среды, что ухудшает, точность устройства. Цель изобретения - повышение точности устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для регулирования давления газа,содержащем регулятор давления, в корпусе которого размещен чувствительный элемент, связанный с пружиной задания и регулирующим органом, размещенным между входной и выходной полостями, последняя из которых сообщена трубопроводами, в одном из которых установлен регулируемый дроссель, с выходом устройства, выполнен пневматический клапан, содержащий подпружиненный регулирующий орган, разделяющий полость за регулируелшм дросселем и полость, соединенную трубопроводом с пневмоприводом регулятора давления, и связанный с чувствительным элементом клапана и поршнем, подключенным к полостям до и после регулируемого дросселя, причем в трубопроводе, соединяющем выходную полость регулятора давления с регулируемым дросселем, и на выходе полости пневмопривода установлены дроссели. При этом конструктивные параметры устройства связаны зависимостью где F.| - площадь поршня клапана; площадь поршня пневмопривода;площадь чувствительного элемента клаПана; площадь чувствительного элемента регулятора; перепаддавлений на чувст-. вительном элементе регулятора; перепад давлений на регулируемом дросселе. На чертеже изображена конструктивная схема устройства. Устройство состоит из регулятора l давления и пневматического клапана 2, предназначенного для автоматического измерения гидравлических потерь на выходе и вьздачи пневматического сигнала на регулятор 1 давления, который состоит из корпуса 3 с входной 4 и выходной 5 полостями, между которыми установлен регулирующий орган - седло 6 и затвор 7. На чувствительном элементе 8 сравниваются увилия от выходного давления с одной стороны и от пружины 9 и давления в рабочей полости 10 на кольцевую площадь А с другой. Дроссель 11 обеспечивает сообщение рабочей полости 10 с атмосферой и возможность получения в этой полости переменного давления. Пневматический клапан 2 состоит из корпуса 12. с входной 13 и выходной 14 полостями, седла 15, затвора 16 и пружины 17, способствующей перекрытию седла 15 затвором 16. Поршень 18 является чувствительным элементом, на котором сравниваются усилия от давления в полости 14 и ео стороны поршая 19, . который образует в корпусе пневматического клапана 2 первую 20 и вторую. 21 полости и воспринимает перепад давлений в зоне Б выходной магистрали в. канале 22, имеющем входной 23 и выходной регулируемый 24 дроссели, позволяющие изменять давление в канале 22 применительно к потерям давления в выходной магистрали. Канал: 25 сообщает выходную 14 и рабочую 10 полости, а канал 26 обеспечивает сообщение первой полости 20 с зоной Б и питание пневматического клапанаГ 2, Из зоны В выходной полости 5 давление подается на вход дросселя 23. Выходной трубопровод 27, с установленным на нем в числе прочих элементов запорным элементом 28, обеспочивают подвод рабочей среды к потребителю и вместе с выходной полостью 5.составляют объект регулирования устройства.

Устройство для регулирования давления газа работает следующим образом.

В исходном положении устройства, . когда регулятор 1 настроен на требующееся выходное давление и запорный элемент 28 перекрываету выходною магистраль, поршень усилием пружины 9 поджат к .корпусу 3, эатвор 7 отжат от седла б, поршни 18 и 19 пневматического клапана 2 отжаты пружиной 17 седло 15 перекрыто затвором 16. При подаче входного давлениясреда из входной полости 4 поступает в выходную полость 5, а также в первую полость 20 и втрРУЮ полость 21.. В полостях устанавливается выходное давление в безрасходном режиме. Выходное давление передается также во входную полость 13 пневматического клапана 2, но так как давления в по.лостях 20 и 21 равны, седло 15 остается перекрытым затвором 16, и давление в рабочей полости 10 равно атмосферному.

При открытии запорного элемента 28 и осуществлении расхода среды давление в зоне Б канала 27 и в первой полости 20 вследствие гидравпй-i ческих потерь становится меньше, чем.в выходной полости 5 и ее зоне В Из выходной полости Б череэ .прстоян- ный дроссель 23, регулируемый дрОС сель 24 и канал 26 среда nej eTexater на выход устройства. Канал 22 между, дросселями 23 и 24 становится проточной полостью, давление в котох й , регулировкой дросселя 24 может быхь изменено. При полностью перекрыто дросселе 24 давление в кансше. 22 г равно давлению в выходной полости 5 г а при полностью открытом дросселе f 24, при сравнительно малом с &ченш дросселя 23, давление в канале 22 равно давлению в зоне Б канала 2t/ Из канала 22 давление передзетой вЪ вторую полость 21.А

Так как местные гидравлические потери давления, каки потери no-.i не трубопроводов, пропорционг1лыш квадрату скорости, а при неизменном давлении - хвгшрату расхода средаГ то на участке объекта регулироаай ия

от зоны в до зоны Б моделируются потери на всей выходной магистрали. Перепад давлений в зонах В и Б, пропорциональный гидравлическим потерям всей магистрали и уменьшенный дросселями 23 и 24 применительно к конкретной конструкции устройства (длине выходной магистрали, количес ву местных сопротивлений и т.д.), воздействует, вследствие связи канала 22 с второй полостью 21 и связи зоны Б с первой полостью 20, на поршень 19. Усилие поршня 19, эффективная площадь которого больше эффективной площади чувствительного элемента 18 клапана, передае ся на этот чувствительный элемент 18, который перемещает затвор 16. Рабочая среда из входной полости 13 клапана поступает через отверстие в седле 1 в выходную полость 14 клапана, в которой создается давление, уравновешивающее чувствительный элемент 18 клапана. Давление из выходной по1ЛОСТИ 14 клапана передается по каналу 25 в рабочую полость привода и, воздействуя иа кольцевую площадь А, создает дополнительное усилие на чувствительном элементе 8 и, следовательно, обеспечивает повышенное на величину полных гидравлических потерь давление в выходной полости

При уменьшении расхода рабочей среды noTpe6HTeheM полные гидравлические потери и пропорциональный им перепад давлений в зонах В и Б уменьшаются. Пневматический kлaпaн 2, в связи с. уменьшенным перепадом давлений на порлне 19, начинает отрабаты1аать пониженное выходное давление. Давление в рабочей полост привода за счетутечки среды через дроссель; 11 уменьшается, -в связи с чем уменьшается также до необходимо величины и давление в выходной поло ти 5. ,, , . ;

При увеличении расхода среды потребителем пневматический клапан 2 отрабатывает повьашенное выходное давление. Посредством работы поршня пневмопривода давление в выходной полости 5 возрастает на величину, компенсирующую увеличившиеся гидрав лические потери.

В случае конструктивных изменений выходной магистрали, вызывающих изменение ее сопротивления, или в случае установки регулятора 1 совместно с пневматическим клапаном ; 2 в другую магистраль следует регулировкой дросселя 24 увеличить (при. увеличении сопротивления магистрали или уменьшить давление в «проточном канале 22, добиваясь компенсации магистргшьных гидравлических потерь

Зависимость некоторых конструктивных параметров устройства от перепада давлений на чувствительном

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, содержащее регулятор давления, в корпусе которого размещен чувствительный элемент, связанный с пружиной задания и регулирующим органом, размещенным между входной и выходной полостями, последняя КЗ которых сообщена трубопроводами, в одном из которых установ.лен регулируемый дроссель, с выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьишения точности устройства, оно снабжено пневматическим клапаном, содержащим подпружиненный регулирующий орган, разделяющий полость за регулируемым дросселем и полость, соединенную трубо- проводом с пневмоприводом регулятора давления, и связанный с чувствительнь1м элементом клапана и поршнем, подключенным к полостям до и после регулируемого дросселя, причем в трубопроводе, соединяющем выходную полость регулятора давления с регулируемым дросселем, и на выходе полости пневмопривода установлены дроссели .. 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что его конструктивные параметры связаны зависимостью FngnP. ДР, РП площадь поршня клапана; где прплощадь поршня пневмопривода; клплощадь чувствительного элемента клапана; Fe площадь чувствительного элемента регулятора; ЛР. перепад давлений на чувствительном элементе регулятора; ДР-,. перепад давлений на регули4 руемом дросселе. 00 о: