Регулятор давления потока газа Советский патент 1980 года по МПК G05D16/06 

(54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ПОТОКА ГАЗА

1

Изобретение относится к автоматическим системам регулирования давления газа и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами и экспериментальными исследованиями, где требуется высокая точность стабилизации давления и изменение величин расходов в широких пределах (на пример 10-10000 л/ч или 0,1 - 100 л/ч).

Известен регулятор давления прямого действия, содержащий глухую и проточную камеры, разделенные чувствительным элементом, и имеющий широкий диапазон расходов.

В проточной камере регулятора расположены сопло и связанная с чувствительным элементом заслонка. Регулятор соединен с нагрузкой газовой линией Ц.

Точность такого регулятора невысока, так как у него значительная статическая неравномерность, вызванная перемещением чувствительного элемента и пружины, и, кроме того, на малых расходах возникает погрешность, обусловленная внедрением сопла в эластичную заслонку. Кроме того, в случае необходимости изменения значения

регулируемого давления при малых величинах расходов возникают переходные процессы с недопуст : мо большой длительностыр.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является регулятор давления газа, содержащий элемент сравнения, одна из камер которого подключена к каналу задания, регулятор давления прямого действия, состоящий из глухой и проточной, подключенной к входному каналу, камер, разделенных чувствительным элементбм с заслонкой сопла, размещенного в

10 проточной камере, и газовую магистраль 2J.

Цель изобретения - повышение точности н расширение рабочего диапазона регулятора.

Указанная цель достигается тем, что в

15 регуляторе давления потока газа установлены переменные и постоянный дроссель н переключатель, а элемент сравнения подключен другой камерой к нагрузке и через первый переменный дроссель, установленный 2Q на газовой магистрали, к проточной .камере регулятора давления прямого действия, ка.меры элемента сраннсния, распо-поженные между мембранами с меньшей эффективной плащадЬю и корпусом, соединены между собой через второй переменный дроссель и непосредственно через переключатель с глухой камерой регулятора давления прямого действия, причем одна из указанных камер элемента сравнения соединена через сопло с атмосферой и через постоянный дроссель с каналом питания, а другая камера выполнена глухой, а также тем, что в нем установлен подпружиненный конденсатор, один из входов которого соединен с глухой камерой регулятора давления прямого действия, а другой с газовой магистралью между первым переменным дросселем и нагрузкой.

На чертеже представлена принципиальная схема регулятора давления.

Регулятор содержит регулятор давления 1 прямого действия с глухой 2 и проточной 3 камерами, разделенными чувствительным элементом 4. В проточной камере 3 регулятора 1 расположены сопло 5 и, связанная с чувствительным элементом 4, заслонка б, а таки.е настроечная пружина 7. Он снабжен элементом 8 сравнения, имеющего камеру 9 задания, подключенную к каналу задания РЗ, камеру 10, подключенную к газовой магистрали 11 за переменным дросселем 12. Элемент 8 сравнения имеет также глухую 13 и проточную 14 камеры. Проточная камера 14 соединена через сопло 15 с атмосферой и через постоянный дроссель 16 с каналом питания. Камеры 13 и 14 подключены к двум клеммам переключателя 17 и соединены между собой переменным дросселем 18. Третья клемма переключателя 17 подсоединена к глухой камере 2 регулятора 1 .

Регулятор I давления снабжен также подпружиненным конденсатором 19, имеющим два фланца 20 и 21, разделенные мембранной перегородкой 22. Одним из входов (полостью, заключенной между мембранной перегородкой 22 и верхним фланцем) подпружиненный конденсатор 19 подключен к линии, соединяющей переключатель 17 с глухой камерой 2 регулятора 1. Другим входом (полостью, заключенной между мембранной перегородкой 22 и нижним фланцем 21) подпружиненный конденсатор 19 подключен к газовой магистрали 11 за переменным дросселем 12.

Регулятор давления газа работает следующим образом.

Газ подается на входной штуцер регулятора 1 прямого действия и после прохождения через переменный дроссель 12 поступает на нагрузку. На элементе 8 срайнення происходит сравнение величин давления задания и давления газа в линии, соединяющей переменный дроссель 12 и нагру.зку. В зависимости от знака рассогласования величин давления задания и давления газа происходит перемещение мембранной сборки элемента 8 сравнения вверх или вниз. При этом в камере 14 элемента 8 сравнения, которая через сопло 15 связана с атмосферой, а через постоянный пневматический дроссель 16 - с источником питания сжатым воздухом, происходит соответственно уменьщение или увеличение давления сжатого воздуха до такого значения, при котором силы, действующие на мембранную сборку элемента 8 сравнения,уравновесятся. Пневматический выходной сигнал с элемента 8 сравнения через переключатель 17 поступает в глухую камеру 2 регулятора 1 прямого действия, являющуюся задающей

камерой регулятора. Давление газа на выходе регулятора 1 прямого /хействия равно сумме давлений задания и постоянной величины, устанавливаемой настроечной пружиной 7.

В зависимости от положения переключателя 17 в регуляторе регулирования давления реализуется ПИ или И - закон регулирования. Так, если переключатель 17 находится в нижнем положении реализуется ПИ - закон регулирования. При появлении

0 на входах в элементе 8 сравнения скачкообразного возмущения в виде разности давлений задания и переменной uPg, на выходе элемента 8 сравнения возникает скачкообразное изменение выходного сигнала Af

J , где К F/f (Fyf- эффективные площади соответственно большой и малой мембраны элемента 8 сравнения).

Затем выходной сигнал АРвм продолжает меняться со скоростью, определяемой настройкой переменного дросселя 18 до нового равновесного положения всей системы регулирования. Переменный дроссель 18 играет роль дросселя изодрома.

В случае, если коэффициент К окажется

недопустимо велик, его значение можно

уменьшить путем перекрытия переменного

дросселя 12, имеющего роль дросселя диапазона дросселирования.

В случае, если переключатель 17 находится в верхнем положении, реализуется И - закон регулирования. При этом регулятор

0 подходит к равновесному положению плавно, без скачков, однако-время переходного процесса увеличивается, по сравнению со временем переходного процесса при ПИ-регулирования.

В случае изменения нагрузки (уменьшение или увеличение расхода) на элементе 8 сравнения появляется разность значений давлений газа и задания, это приводит к изменению давления сжатого воздуха в камере 2 регулятора 1 прямого действия, что

JJ вызывает изменение давления газа на входе в дросселе 12. Это вызывает соответственно изменение расхода через дроссели 12, пока не установится новое равновесное положение. Равновесие возникает, когда давление газа перед нагрузкой равно давлению задания сжатого во.эдуха в камере 9 элемента 8 сравнения.

Подпружиненный конденсатор 19 при малых динамических выбегах не принимает

S

участия в работе системы регулирования давления. Усилие пружины конденсатора 19 выбирается таким образом, что в установившемся режиме его мембрана 22 находится в крайнем нижнем положении, так что объем между мембраной 22 и нижним фланцем 21 равен нулю.

Рассмотрим работу предлагаемого регулятора при скачкообразном изменении давления задания от I кГс/см до 0,2 кГс/см. При этом в камере 2 регулятора 1 прямого действия и в вер.хней камере конденсатора 19 давление падает до О,регулятор 1 прямого действия закрывается. Мембрана 22 подпружиненного конденсатора 19 занимает крайнее верхнее положение, так что объем между мембраной 22 и нижним фланцем 21 является максимальным. Давление газа в линии 11 перед нагрузкой резко падает. Максимальный объем конденсатора 19 выбирается таким, чтобы отношение этого объема к суммарному объему линии 11 между переменным дросселем 12 и нагрузкой и вредным объемом конденсатора 19 (объем конденсатора при крайнем нижнем положении мембраны 22) равнялось отношению значений абсолютных давлений при максимальнй допустимых скачках давления задания.

Таким образом, если необходимо, чтобы давление газа перед нагрузкой могло скачкообразно меняться 1,0--0,2 кГс/см достаточно, чтобы максимальный объем конденсатора 19 вдвое превышал суммарный объем линии 11 между сопротивлением дросселя 12 и нагрузкой и вредный объем конденсатора 19. Отсутствие конденсатора 19 в регуляторе приводит к существенному увеличению времени переходного процесса.

Так, при расходе 0,1 л/ч и при объеме газовой линии II, равном 10 см, давление перед нагрузкой падает от 1,0 доО,2кГс/см за время порядка 5 мин, а при наличии конденсатора 19 H3MefieHHe давления осуществляется практически мгновенно.

Формула изобретения

I. Регулятор давления потока газа, содержащий элемент сравнения, одна из камер которого подключена к каналу задания, регулятор давления прямого действия, состоящий из глухой и проточной, подключенной к входному каналу, камер, разделенных чувствительным элементом с заслонкой сопла, размещенного в проточной камере, и газовую магистраль, отличающийся тем, что, с

0 целью повышения точности и расширения рабочего диапазона регулятора, в нем установлены переменные и постоянный дроссели и переключатель, а элемент сравнения подключен другой камерой к нагрузке и через

первый переменный дроссель, установленный на газовой магистрали, к проточной камере регулятора давления прямого действия, камеры эле.мента сравнения, расположенные между мембранами с меньшей эффективной площадью и корпусом, соединены

0 между собой через второй переменный дроссель и непосредственно через переключатель с глухой камерой регулятора давления прямого действия, причем одна из указанных камер элемента сравнения соединена через

. сопло с атмосферой и через постоянный дроссель с каналом питания, а другая камера выполнена глухой.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что в нем установлен подпружиненный конденсатор, один из входов которого соединен

с глухой камерой регулятора давления прямого действия, а другой с газовой магистралью между первым переменным дросселем и нагрузкой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Техническое описание регулятора РПД-1М, 5Б2.573.090 ПС.

2.Фудим Е. Б. Пневматическая вычислительная техника. М., «Наука, 1973,

с. 227 (прототип).