"Регулятор давления "КИАРМ" Советский патент 1992 года по МПК G05D16/06 

fe

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в различных системах газовой, химической и других отраслей промышленности для стабилизации давления жидкостей, пара, газов при изменении расходов и входных давлений. Целью изобретения является повышение надежности и точности регулятора. Последний содержит регулирующий орган, затвор которого выполнен на полом поршне, соединенном посредством пружины с пилотным клапаном, осуществляющим регулирование давления в управляющей полости. Пилотный клапан и управляющая полость размещены по разные стороны от седла. Полый поршень нагружен дополнительной пружиной, обеспечивающей динамическую устойчивость и герметичность. Параметры пружин выбраны исходя из определенного соотношения. Выход среды из пилотного клапана организован в выходную полость. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может найти широкое применение в системах водоснабжения, а также в газовой, химической и других отраслях промышленности.

Известны регуляторы с заданием уровня давления в защищаемой системе при помощи пилотного регулятора, позволяющего производить регулирование с удовлетворительной точностью в широком диапазоне изменения расхода. Их общим недостатком является сложность конструкции, большие масса и габариты.

Известен также регулятор, имеющий корпус с входной и выходной полостями, разделенными регулирующим органом в виде седла и совмещенного с поршнем затвора, связанного пружиной с клапаном пилотного регулятора, полость чувствительного элемента которого сообщена с выходной полостью и с полостью сброса пилотного регулятора, а полость поршня - с входной полостью через жиклер. Давление в поршневой полости изменяется в зависимости входного давления и расхода рабочей среды.

При простой конструкции, приемлемой для серийного производства, регулятор имеет серьезные недостатки: неудовлетворительную герметичность в затворе при невысоких входных давлениях, так как герметизация осуществляется только за счет входного давления; склонность к автоколебаниям, что провоцируется низкой суммарной жесткостью подвижной системы, увеличение которой ухудшает точность поддержания давления; возможность резкого повышения давления в системе (заброса) при быстром увеличении входного давления, что обусловлено отсутствием усилия на

VJ

О

Јь

о

Јь

о

поршне в направлении седла; увеличенную погрешность выходного давления при низких значениях настройки. Это объясняется наличием выброса среды через пилотный клапан непосредственно под чувствительный элемент.

Цель изобретения - повышение надежности и точности регулятора.

Регулятор давления имеет корпус с входной и выходной полостями, разделенными регулирующим органом в виде седла и совмещенного с затвором поршня, образующего с корпусом управляющую полость и связаного пружиной с клапаном пилотного регулятора, полость чувствительного элемента которого сообщена с выходной полостью, а поршневая полость - через жиклер - с входной полостью.

Пилотный клапан и полый поршень расположены по разные стороны седла корпуса, а в управляющей полости размещена дополнительная пружина, связывающая поршень с корпусом. Жесткость С пружины, соединяющей полый поршень и пилотный клапан, определяется из соотношения

г - РЧ.Э. г

L Рп - Рч.э. °АОП

где Сдоп - жесткость дополнительный пружины;

Рч.э. - эффективная площадь чувствительного элемента;

Рп - эффективная площадь поршня.

Полость сброса пилотного клапана изолирована от полости чувствительного элемента и соединена с выходной полостью.

Изобретение позволяет повысить точность регулирования, динамическую устойчивость и герметичность в затворе.

На чертеже показан предлагаемый регулятор.

Регулятор имеет корпус 1, входная 2 и выходная 3 полости которого разделены регулирующим органом в виде седла 4 и затвора НчГгорце полого поршня 5, нагруженного пружиной 6.

Управляющая полость 7 герметизирована относительно входной полости по- средст рм кольца 8 и сообщена с ней с помощыЬ иклера 9. Кроме того, управляющая полость сообщена через затвор пилотного регулятора, состоящего из седла 10, клапана 11, связанного с полым поршнем пружиной 12, и чувствительного элемента в виде мембраны 13, нагруженной пружиной 14, сжатой регулировочным винтом 15 через опору 16, с выходной полостью, соединенной также с полостью чувствительного элемента 17.

В исходном положении (давление рабочей среды на входе равно нулю) мембрана 13 чувствительного элемента под действием пружины 14 занимает крайнее нижнее положение и, сжимая пружину 12, открывает затвор пилотного регулятора (клапан 11 в нижнем положении). Главный затвор закрыт: поршень 5 под действием пружины 6 запирает седло 4.

0 При подаче рабочей среды на вход (режим пуска) поршень 5 перемещается вниз под действием входного давления, действующего на площадь кольца с диаметром D и dc, сжимая пружину 6.

5 При этом рабочая среда через седло 4 поступает на выход и одновременно в полость чувствительного элемента. Давление в выходной полости растет, и при достижении заданного значения мембрана подни0 мается, давая возможность перемещения вверх клапану пилотного регулятоора, который занимает такое положение, чтобы расход среды через его затвор уравнялся с расходом через жиклер 9 малого поршня,

5 Это означает, что давление в управляющей полости стабилизировалось и поршень занял положение соответствующее заданному выходному давлению. В этом режиме введение дополнительной пружины 6, уси0 лие и жесткость которой могут быть выбраны достаточно большими, поскольку они не связаны условиями обеспечения точностных параметров, значительно уменьшает возможность резкого повышения (заброса)

5 выходного давления при быстром повышении давления на входе.

В стационарном режиме регулятор работает следующим образом.

При протекании через регулятор уста0 повившегося расхода поршень уравновешен действием на него входного давления на кольцевую площадь между диаметрами D и dc, выходного давления на площадь круга с диаметром dc, давления в поршневой ка5 мере на площадь круга с диаметром D и разницей усилий от пружин 6, 12. Давление в управляющей камере формируется обеспечением равенства расходов из входной полости через жиклер 9 и в выходную по0 лость через затвор пилотного регулятора, клапан которого управляется мембраной. При выходном давлении, равном заданному, мембрана задает клапану 11 такое положение, при котором его проходное сечение

5 обеспечивает расход из управляющей полости в выходную. Это позволяет поддерживать в управляющей камере давление Ру. при котором поршень 5 уравновешен.

Так, при изменении (например, при увеличении) расхода в системе уменьшается

выходное давление, что приводит к следующему. Нарушается равновесие мембраны 13, которая переводит клапан 11 в новое положение, увеличивая при этом расход из управляющей полости 7 и уменьшая давление в ней. В результате нарушается равновесие поршня 5, который перемещается вниз, сжимая при этом пружину 6 и увеличивая п роходное сечение седла 4 до тех пор, пока изменение силы вследствие уменьшения давления Ру не сравняется с изменением силы вследствие сжатия пружины 6. При этом расход через регулятор увеличивается и давление на выходе возрастает до тех пор, пока не достигнет заданного значения, т.е. мембрана перестанет перемещаться вниз. При перемещении поршня в процессе регулирования усилия пружин 6 и 12 изменяются, что должно было бы привести к увеличению падения давления на главном затворе, а следовательно, и к уменьшению выходного давления, на величину

АР

(Ce + CwVH

0)

Fn

где Се и Ci2 - жесткость пружин 6 и 12;

Н - перемещение клапана поршня при увеличении расхода;

Рп - площадь поршня.

Однако этого не происходит, так как пружина 12 ослабляется при этом на величину Ci2.H, что означает автоматическую перенастройку регулятора на величину

ДР1

Рч.э.

(2)

где Рч.э. - площадь мембраны, компенсирующую возможное уменьшение выходного давления,

Таким образом, возникает возможность, обусловленная размещением поршня и клапана пилотного регулятора по разные стороны от седла и введением дополнительной пружины 6, придать пружине 12 функции, направленные на исключение статической ошибки (погрешности регулирования, связанной с изменением расхода). При этом указанная погрешность будет исключена при определенных условиях, которые вытекают из равенства (1) и (2) при ДР Д Р1 и представляют собой выражение

Се Ci2 тг1-.(3)

гц.Э.

Следует отметить, что выражение (3), показывая на возможность минимизации величины погрешности регулирования, тем не менее не совсем справедливо, так как при его обосновании не учтена вторичная погрешность, вызванная изменением усилия пружины пилотного регулятора вследст- вие дополнительного изменения

положения его клапана, обусловленного тем, что при изменении расхода через регулятор изменяется положение полого поршня и, соответственно, усилие пружины 6 и

уравновешивающее его управляющее давление, а значит, и расход через жиклер 9 (из-за изменения перепада давления на последнем), Поэтому для обеспечения минимальной погрешности регулирования

0 соотношение жесткостей пружин 6 и 12 приходится подбирать экспериментально.

При этом жесткость пружины 6 выбирается исходя только из условия динамической устойчивости, что в полной мере

5 обеспечивает какие угодно высокие требования к этой характеристике.

При прекращении отбора рабочей среды со стороны выхода давление в выходной полости достигает максимально допустимо0 го, мембрана 13 чувствительного элемента под его действием занимает крайне верхнее положение и освобождает клапан 11 пилотного регулятора давления, который прижимается к своему седлу 10. Вследствие этого

5 выходная полость 3 отсоединяется отуправ- ляющей полости 7, давление в которой выравнивается с входным благодаря протеканию рабочей среды через жиклер 9. Это приводит к закрыванию седла 4 торцом

0 поршня 5, перемещающегося вверх под действием пружины 6 и входного давления. При этом достигается требуемая герметичность, что обусловлено введением дополнительной пружины 6, усилие которой может

5 быть выбрано исходя только из требуемой герметичности. Следует также отметить, что наличие силовой пружины 6 ускоряет перемещение поршня 5 при резком прекращении расхода, что значительно уменьшает

0 повышение выходного давления (заброс) по отношению к его значению при стационарном режиме.

Формула изобретения

5 корпус, между входной и выходной полостями которого установлен регулирующий орган, затвор которого выполнен на торце полого поршня, образующего с корпусом управляющую полость, соединенную через

0 отверстие в полом поршне с входной полостью и с выходной полостью через пилотный клапан, связанный с чувствительным элементом, установленным между полостью задания и полостью,соединенной с выходной

5 полостью, а также пружину, установленную между полым поршнем и пилотным клапаном, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности регулятора, пилотный клапан и управляющая полость расположены по разные стороны от

седла регулирующего органа, а в управляющей полости между полым поршнем и корпусом установлена дополнительная пружина.

г - гЕМ.Э.

о - Одоп -F-ц-р

гп Гц э.

где С - жесткость пружины;

8 5 7

6

Г///////////////;У///////7;

я

Сдоп - жесткость дополнительной пружины;

Рч.э. - площадь чувствительного элемента;Fn - площадь полого поршня.

3, Регулятор по п.1,отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, полость сброса пилотного клапана изолирована от полости чувствительного элемента и соединена с выходной полостью.

я