Регулятор давления газа Советский патент 1990 года по МПК G05D16/10 

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

Цель изобретения - уменьшение габаритов и упрощение конструкции регулятора.

На фиг. 1 показан регулятор в положении, соответствующем перекрытию первого регулирующего органа, общий вид; на фиг. 2 - график выходного давления РВых (G).

Регулятор давления газа имеет корпус 1 с входной 2 и выходной 3 полостями, седло 4 с клапаном 5, составляющими первый регулирующий орган. Клапан 5 связан штоком 6, образующим заборник 7, с первым чувствительным элементом - ступенчатым поршнем 8, образующим первую полость 9 и связанным меньшей ступенью с задатчиком усилия - регулировочной пружиной 10. В ступенчатом поршне 8 образована вторая полость 11 и размещен второй чувствительный элемент 12, связанный с вторым регулирующим органом-седлом 13 и заслонкой 14, выполненной заодно со ступенчатым поршнем 8, и пружиной 15 задания, связанной с корпусом 1. Канал 16, связывающий вместе с дросселем 17 заборник 7 с первой полостью 9, сообщен с второй полостью 11, которая может быть сообщена с выходной полостью 3 через седло 13. Пружина 18 поджимает клапан 5 к седлу 4,

Расположением второго чувствительного элемента 12 и второй полости 11 в первом чувствительном элементе, установкой второго чувствительного элемента 12 между второй 11 и выходной 3 полостями и связью пружины 15 задания с корпусом 1 обеспечивается автоматическая регулировка пружины 15 зада-ния в зависимости от перемещения подвижной системы регулятора, Зависимость- -- 1 позволяет исключить ошибку регулирования, связанную с этим перемещением.

Предварительной деформацией пружины задания, определяемой формулой

Tr-F

А i/J.Ap компенсируется, начиная с некоторого расхода газа, ошибка регулирования, связанная с разгерметизацией первого регулирующего органа.

Ограничение второй полости 11 вторым чувствительным элементом 12 и сообщение этой полости с каналом 16 позволяют сформировать давление перед первой полостью

9 от избыточного в заборнике 7 до требующегося в первой полости 9.

Дроссель 17 перед первой полостью 9 способствует динамической стабилизации

давления в первой полости 9, а подводом давления во вторую полость 11 от участка канала 16, расположенного до дросселя 17, обеспечивается работа второго регулирующего органа при значительном расходе газа

через него. Этим исключаются погрешности регулирования, связанные с процессом герметизации, которые имели бы место при сообщении второй полости 11 с участком канала 16 за дросселем 17, т.е. при малых

расходах газа, ограничиваемых дросселем. Сообщением второй полости 11 с определенным участком канала 16, связью пружины 15 задания с корпусом 1 и расположением второго чувствительного

элемента 12 в поршне 8 точность регулирования выходного давления по сравнению с известным регулятором практически сохраняется.

Исключением второго чувствительного

элемента, второго регулирующего органа, пружины (без регулировочного винта) и второй полости и переносом его с новыми связями в первый чувствительный элемент достигнут эффект уменьшения габаритов и

упрощения конструкции, с чем связано и упрощение эксплуатации, так как регулированию подлежит только один задатчик усилия.

К1 F

- Вывод соотношения j/ . AC 1 следующий.

При изменении расхода газа и входного давления подвижная система регулятора перемещается. Усилия связанных с ней упругих элементов, в данном случае пружин, на первом и втором чувствительных элементах и на первом регулирующем органе изменяются.

При единичном перемещении, например, в направлении открытия первого регулирующего органа, усилие на первом чувствительном элементе уменьшится на абсолютную сумму Ki жесткостей всех трех пружин.

Для компенсации усилия Ki давление в первой полости должно увеличиться на Л Р, удовлетворяющее равенству

Ki AP-AF.(1)

где A F - разность площадей большей и

меньшей ступеней первого чувствительного элемента.

Вместе с тем добавка А Р обеспечивается работой второго чувствительного элемента при увеличении усилия задающей

пружины на нем на величину ее жесткости К2, т.е.

ДР Ј,

где F - эффективная площадь второго чувствительного элемента.

Заменив АР в выражении (1), получают К2 AF

Ki

или

Ki -F

1.

К2 AF

Данное соотношение позволяет при проектировании комбинировать параметрами, выбирая оптимальный вариант.

Рационально вначале задаться параметрами F и AF и жесткостями двух пружин регулировочной Кр и клапанной Кк и с учетом, что К1 Кр+Кк+К2, а затем определить

К2

Кр + Кк

1

Формула А

Тг -F

обосновывается

следующим образом.

Когда от регулятора, настроенного в безрасходном режиме на давление Рн (фиг. 2), начинается малый отбор газа, выходное давление уменьшается. Первый чувствительный элемент при этом развивает усилие, способное разгерметизировать первый регулирующий орган. При некотором расходе газа давление в заборнике увеличивается, но второй чувствительный элемент, предварительно поджатый пружиной задания, не перемещается и не открывает второй регулирующий орган. Повышенное давление из заборника передается в первую полость. Увеличивающееся давление, воздействуя на площадь AF, создает дополнительное к регулировочной пружине усилие на первом чувствительном элементе и выходное давление, уменьшившееся на величину Д Рвых, возрастает.

Переход криволинейного участка Б в прямолинейный В при некотором расходе газа Смин соответствует полному использованию усилия предварительно сдеформиро- ванной пружины задания на величину А. Этому моменту соответствует увеличение давления в заборнике и первой полости на величину ДРГ и полному снятию усилия герметизации Тг, т.е. когда

Tr APr-AF.(2)

А п - . ПодетановВ месте с тем ДРГ -

кой в (2) получают

Тг

К2 А ДР

или

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Усилие Тг рассчитывается или принимается по опытным данным с учетом типоразмеров регулирующих органов.

Регулятор работает следующим образом.

Когда регулировочная пружина 10 нагружена в соответствии с требующимся выходным давлением, на вход регулятора подано входное давление, запорный элемент на выходной магистрали перекрыт, клапан 5 поджат к седлу 4 с усилием герметизации и второй чувствительный элемент 12 своим седлом 13 поджат к заслонке 14 с усилием пружины 15 задания, имеющей величину предварительной деформации А.

При малых отборах газа в пределах Смин (фиг. 2) выходное давление вследствие перераспределения реакции усилия герметизации с седла 4 на чувствительный элемент 8 сначала уменьшается. При некотором расходе газа давление заторможенного потока в заборнике 7 возрастает и, передаваясь в первую полость 9 по каналу 16 и дросселю 17, оказы вает корректирующее воздействие на ступенчатый поршень 8. Это корректирующее воздействие возрастает по мере разгерметизации седла 4 по мере увеличения расхода до Смин.

При расходе Смин ход клапана 5 очень мал и усилия пружин 10, 15 и 18 останутся практически неизменны, но давление в полости 9 увеличится настолько, что второй чувствительный элемент 12, преодолевая усилие предварительной деформации А пружины 15, определяемой формулой, отходит от заслонки 14 и избыток притока газа через заборник 7 сбрасывается в выходную полость 3. Таким образом, пониженное на величину ДРвых выходное давление, происходящее вследствие преодоления усилия герметизации Тг первого регулирующего органа, при расходе Смин компенсируется повышением давления в первой полости на величину ДРГ и выходное давление принимает значение Рн, установленное при настройке регулятора.

При дальнейшем увеличении расхода газа, когда перемещение ступенчатого поршня 8 и деформации пружин регулятора ста- новятся существенными, коррекция выходного давления выполняется теми же элементами регулятора, что и в малорасходном режиме, но с использованием изменения усилия пружины 15 задания. Так при

1

дополнительной деформации последней ее усилие увеличивается, давление во второй и первой полостях, отжимающее второй чувствительный элемент 12 с седлом 13, также увеличивается,

При выполнении соотношения параметров

Kif

корректирующее воздействие давления в первой полости 9 обеспечивает неизменное выходное давление регулятора и участок В графика (фиг. 2) будет горизонтальным.

-Площадь меньшей ступени ступенчатого поршня 8 является эффективной площадью первого чувствительного элемента, обеспечивающей его реакцию на изменение выходного давления и автоматическое перемещение клапана 5, изменяющее приток газа в выходную полость 3.

Свойственные статическим регуляторам ошибки работой корректирующих звеньев исключаются в режиме расходов, превышающих Смин. и ограничиваются (АРвых) по оси расходов диапазоном от нуля

ДО Смин.

Использование предлагаемого регулятора позволит проектировать системы регулирования давления более компактными при упрощенной технологии их обслуживания.

Формул а изобретения Регулятор давления газа, содержащий корпус, между входной и выходной полостями которого установлен первый регулирующий орган, клапан которого связан штоком с первым чувствительным элементом - ступенчатым поршнем, меньшей ступенью связанным с задатчиком усилия и образующим

fax

0

5

5

0

с корпусом первую полость, связанную каналом с заборником, установленным на пути газового потока за первым регулирующим органом, второй чувствительный элемент, связанный с пружиной задания и вторым регулирующим органом, расположенным во второй полости и сообщенным с выхоДной полостью, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и упрощения конструкции, вторая полость и второй чувствительный элемент размещены в ступенчатом поршне, второй чувствительный элемент установлен между второй и выходной полостями, пружина задания связана с корпусом, а вторая полость соединена с каналом, в котором между второй и первой полостями расположен дроссель, причем имеет место соотношение

Ki -F

К2 AF

1,

где Ki - суммарная жесткость подвижной системы регулятора;

К2 - жесткость пружины задания;

F - эффективная площадь второго чувствительного элемента;

A F - разность площадей большей и меньшей ступеней ступенчатого поршня, и пружина задания в положении регулятора, соответствующем перекрытию первого регулирующего органа, установлена с предварительной деформацией А, определяемой по формуле

д- Tr-F

М К2 AF1

где ТУ- усилие герметизации первого регулирующего органа.

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах газоснабжения. Цель изобретения - уменьшение габаритов и упрощение конструкции. Регулятор давления газа содержит крпус 1, в котором установлен первый регулирующий орган, клапан 5 которого связан штоком 6 с первым чувствительным элементом 8, в котором расположен второй чувствительный элемент 12 и который связан меньшей ступенью с задатчиком усилия 10. Второй чувствительный элемент связан с пружиной задания 15 и вторым регулирующим органом. На пути газового потока за первым регулирующим органом установлен заборник 7, связанный с дросселем каналом 16 с первой 9 и второй 11 полостями, между которыми в канале 16 расположен дроссель 17. 2 ил.

ч--