Регулятор давления газа Советский патент 1984 года по МПК G05D16/10 

00

4;

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах регулирования давления .

Известен регулятор давления газа, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлен регулирую1дий орган, связанный через толкатель с чувстви-тельным элементом, выполненным в виде дифференциального поршня, свя,занного меньшей ступенью с задатчиком усилия Для создания корректирующего воздействия на чувствительный элемент за регулирующим органом на пути газового потока установлен заборник, в котором поток тормозится. Повышенное давление из заборника передается в полость, образованную ступенями поршня Cl3.

В связи с тем, что корректирующее воздействие изменяется только по мере перемещения затвора в расходом режиме и нелинейно зависит от этого перемещения, а также от входного давления, необходимая точность регулятора не обеспечивается.

Известен также регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, первый и второй чувствительные элементы, связанные с первым и вторым регулирующими органами соответственно.Первый чувствительный элемент выполнен в виде ступенчатого поршня и связан меньшей ступенью с задатчиком усилия. Полость между ступенями поршня, сообщенная с атмосферой, соединена через второй регулирующий орган с выходной полостью 2.

Повышение точности этого регулятора в системах газоснабжения достигается за счет подключения к нему интегрирующего звена. Однако часто интегр1 рующее звено вызывает автоколебательный процесс недопустимой интенсивности, при котором регулято и вся система становится полностью неработоспособными.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регулятор давления газа, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлен первый регулирую1дий орган, связанный с толкателем, первый и второй чувствительные элементы, первый из которых выполнен в виде установленного в выходной полости дифференциального поршня, а второй - в виде цилиндрического поршня, соосно установленного внутри дифференциального и образующего в нем первую и вторую полости, второй регулирующий орган, установленный между управляющей полостью и второй полостью и связанный с цилиндрическим поршнем, а полость, образованная ступенями дифференциального поршня через второй регулируюш,ий орган сообщена с атмосферой, причем между первой и выходной полостями установлена мембрана, связанная с цилиндрическим поршнем, который установлен на упругом элементе f3 J.

НедостатТ Ъм известного устройства является то, что для повышения его точности, т.е. уменьшения остаточной неравномерности, необходимо подключать к нему интегрирующее звено, которое на лшогих системах газоснабжения вызывает автоколебательный процесс, приводящий к потере устойчивости рюгулятора,

Цель изобретения - повышение точности и динамической устойчивости регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе давления, содержащем корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлен первый регулирующий орган, связанный с толкателем, первый и второй чувствительные элементы, первый из которых выполнен в виде установленного в выходной полости дифференциального поршня, а второй в виде цилиндрического поршня, соосно установленного внутри дифференциального и образующего в нем первую и вторую полости, второй регулирующий орган, установленный между управляющей полостью и второй полостью и связанный с цилиндрическим поршнем, а полость, образованная ступенями дифференциального порня, сообщена с атмосферой, цилиндрический поршень связан с толкателем, первая полость сообщена с атмосферой, вторая полость --с полостью, образованной ступен-ями дифференциалного поршня, в котором во второй полости выполнена опорная поверхность для ограничения перемещения цилиндрического поршня, причем площадь цилиндрического поршня равна разности площадей большей и меньшей ступеней дифференциального поршня.

На чертеже изображен регулятор давления газа.

Регулятор состоит из корпуса 1 с входной 2 и выходной 3 полОстяivui, первого регулирующего органа затвора 4 и седла 5, Толкатель 6 связывает затвор 4 с цилиндрическим поршнем 7, размещенным в дифференциальном поршне 8 и образующим в нем первую 9 и вторую 10 полости. Перегородка 11 герметично разобщает первую полость 9 от рабочей среды, а канал 12 сообщает эту полость с атмосферой. Второй регулирующий орган-затвор 13 и седло 14 изменяют приток среды из управляющей полости 15 во вторую полость 10, связанную через канал 16 с полосtbro 17 между ступенями дифференциального поршня 8. Дроссель 18 обеспечивает отток среды из полости 17 в атмосферу. Опорная поверхность А ограничивает перемещение поршня 7, обеспечивая при этом жесткую связь затвора 4 через толкатель б, цилиндрический поршень 7 с дифференциальным поршнем 8. Управляющая полость 15, заполненная газом с давлением является задатчиком усилия на меньшую ступень дифференциального поршня 8. Пружины 19 и 20 поджимают затворы 4 и 13 к своим седлам 5 и 14. Шток 21 обеспечивает связь затвора 13 с поршнем 7.

Регулятор давления газа работает следующим образом.

В исходном положении регулятора затворы 4 и 13 поджаты к своим седлам и толкатель -6 осевым усилием не нагружен.

При подаче давления в управляющую полость 15 и входного давления во входную полость 2 дифференциальный поршень 8 начинает перемещаться. Но так как усилие пружины 19 значительно превышает усилие пружины 20, толкатель 6 и поршень 7 остаются неподвижными до тех пор, пока поршень 7 не войдет в контакт с опорной поверхностью А, после чего начнет действовать жесткая связь затвора 4 с дифференциальным поршнем 8. Затвор 4 отжимается от седла 5 и газ из входной полости 2 перетекает в выходную полость 3. В это же время среда из управляющей полости 15 через кольцевой зазор между затвором 13 и седлом 14 перетекает во вторую полость 10 и по каналу 16 в полость 17. Давление во второй полости 10 будет возрастать до тех пор, пока усилие от его воздействия на поршень 7 не сравняется с усилием со стороны затвора 4 передающимся толкателем б, и с усилием давления в выходной полости 3 на толкатель. По достижении такого давления в полости 10 поршень 7 переместится вниз, затвор 13 в достаточной мере перекроет седло 14, и жесткая механическая связь поршней и 8 заменится пневматической, которая будет существовать на весь процесс регулирования. Давление в полоти 17, равное давлению в полости 10 будет воздействовать на кольцевую площадь а F и при равенстве площади поршня 7, полностью компенсировать усилие со стороны затвора 4 и толкателя 6. В процессе регулирования всякому изменению усилия со

стороны затвора 4, связанному с герметизацией седла, деформацией пружины 19, изменением входного давления, реактивной силой и силой трения, будет соответствовать изменение давления в полостях 10 и 17 и компенсация изменяющихся усилий на подвижную систему регулятора.

При этом уменьшение давления в этих полостях обусловлено оттоком

среды через дроссель 18, а увеличение - притоком через сед.по 14 . Канал 12 обеспечивает отток среды из первой полости 9, натекающей по неплотностям материалов и герметизирующих элементов.

Суть изобретения состоит во введении в систему автоматического регулирования давления дополнительного контура - следяющей подсистемы,

входом для которой является усилие на толкателе, а выходом - усилие на дифференциальном поршне. При этом коэффициент усиления подсистек - 1,

где 4F - разность

мы

п

площадей большей- и меньшей ступеней

дифференциального поршня, F - площадь цилиндрического поршня.

4F

1 отражает

Соотношение

трудности реализации абсолютного равенства площадей ДК и F, с учетом посадок и номинальных диаметров деталей, что необходимо учитывать при изготовлении регулятора. При ft 1 будет недостаточность компенсации, а при К 1 - избыточность. Чем ближе

отношение к 1, тем будет выше

п точность регулятора.

Таким образом, в регуляторе при стабильном управляющем давлении все изменения усилий на подвижной системе со стороны клапана компенсируются. Вследствие непосредственной реакции поршня 7 на давление в полостях 10 и 17 перенасыщение этих полостей и связанное с ним перерегулирование исключаются, т-еГ точность регулятора повышается.

Замена интегрирующего звена на следящую систему, не допускающую чрезмерное опораживание и наполнение полости 17, способствует повышению динамической устойчивости регулятора, особенно при малых выходньих объемах систем И малых расходах.

Использование изобретения позволяет повысить точность регулирования давления в системах газоснабжения,

уменьшить вероятность автоколебаний систем.

РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлен первый регулирующий орган, связанный с толкателем, первый и второй чувствительные элементы, парвый из которых выполнен в виде установленного в выходной полости дифференциального поршня, а второй - в виде цилиндрического поршня, соосно установленного внутри дифференциального и образующего в нем первую и вторую полости, второй регулирующий орган, установленный между управляющей полостью и второй полостью и связанный с цилиндрическим поршнем, а полость, образованная ступенями дифференциального поршня, сообщена с атмосферой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и динамической устойчивости, в нем цилиндрический поршень связан с толкателем, первая полость сообщена с атмосферой, вторая полос;ть с полостью, образованной ступенями дифференциального поршня, в котором во второй полости выполнена опорная g поверхность для ограничения перемещения цилиндрического поршня, причем площадь цилиндрического поршня равна разности площадей большей и меньшей ступеней дифференциального поршня.