Регулятор давления газа Советский патент 1982 года по МПК G05D16/06 

(54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

1

Изобретение относится к автомати-1 ческим регуляторам и может бьгсь использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами и экспериментальными исследованиями, где требуется высокая точность стабилизации давления в широких диапазонах изменения величин расходов.

Известен регулятор давления потока газа, имеющий элемент сравнения, задатчи.к давления, регулятор давления прямого действия с гпукоА и проточной камерами, разделенными чувствительным элементом. В проточной камере регулятора расположены сопло и связанная с чувствительным элементом заслонка. Регулятор соединен с нагрузкой газовой линией 1 .

Точность такого регулятора невысока, так как у него значительная статистическая погрешность и кроме того, на малых расходах возникает погрешность, обусловленная внедрением сопла в эластичную заслонку. Кроме того, в случае изменения значения регулируемого давления при малых величинах расходов возникают переходные процессы с недопустимо большой длительностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является регулятор давления потока газа, содержащий регулятор давления прямого действия, элемент-сравнения, одна из камер которого подключена к каналу задания, а другая подключена к нагрузке и через первый переменный дроссель, установленный на .газовой магистрали, к проточной камере регулятора давления прямого действия. Камеры элемента сравнения, расположенные между мембранами с меньшей эффективной площадью соедииены мезвду собой через второй переменный дроссель и непосредственно через переключатель С глухой каме3рой регулятора давления прямого дей ствия, причем одна из указанных камер элемента сравнения соединена через comio с атмосферой и через по СТОЯН1П.1Й дроссель с каналом питания, другая камера выполнена глухой 2. Б этом регуляторе данпения потока газа сравнеьше заданного и регулируемого давле1шя происходит с погрешностью за счет зоны нечувствительности элемента сравнершя. Кро ме того, имеется невоспроизводи- мость показаний.за счет гистерезиса мембраны. В виду этого известньй регулятор не может быть использован в качества регулятора малых давлений и ра режении. Цель изобрете1 1Я - повьшеиие точ ности поддержания давле1шя, а также расширения диапазона регулирования за счет обеспечения возможности регулирования малых давлений, абсолют ного давления, атмосферного давления и разрежений. Поставленная цель достигается те что в регулятор давления газа, соде жащий задатчик давления, элемент сравнения, регулятор давления прямо го действия, состоящий из глfxoй, связаннор с выходом элемента сравнения, камеры, и проточной камеры, связанной через первый переменный дроссеаь нагрузкой, сопло регулятор давления прямого действия размещено в проточной камере и сопряжено с заслонкой, связанной с чувствительным элементом, и подключено к входному каналу, камеры элемента сравнения, расположенные между мембрана ми с меньшей эффективной площадью и корпусом, соединены между собой ч рез второй переменный дроссель, при чем одна из указанных камер элемента сравнения соединена через сопло сатмосферой и через постоянный дро сель с каналом питания, а другая ка мера выполнена глухой, введень два повторителя со сдвигом, второй постоячиый и третий переменный дроссели, причем глухая камера первого повторителя со сдвигом связана с выходом регулятора давления прямого действия, проточная камера перво го повторителя со сдвигом соединена с задатчиком давления и через, сопло - с камерой задания элемента сра нения, глухая камера второго повтор 3 теля со сдвигом подключена к первому . каналу питания и через третий переменный дроссель к соплу первого повторителя со сдвигом, проточная камера второго повторителя со сдвигом связана через второй постоянный дроссель с вторым каналом питания и с камерой опорного давления элемента сравнения, а сопло второго повторителя со сдвигом подключено к атмосфере. Кроме того, в регуляторе установлен источршк разрежения, связанныйс проточной камерой регулятора прямого действия через нагрузку и с соплом задатчика. давления. На чертеже представлена схема регулятора давления газа. Регулятор давления газа содержит регулятор 1 давления прямого действия с глухой 2 и проточной 3 камерами, разделенными чувствительным элементом 4. В проточной камере 3 регулятора расположены сопло 5 и связанная с чувствительным элементом 4 заслонка 6, а также настроечная пружина 7с Проточная камера 3 соединена каналом 8 с атмосферой через нагрузку 9. Регулятор давления потока газа содержит также элемент 10 сравнения, имеющий камеры задания 11, опорного давления 12, глухую 13 и проточную 14. Камера 14 соединена через сопло 15 с атмосферой и через постоянный дроссель 16 с источником питания. Камеры 13 и 14 соединены между собой переменным дросселем 17. Камера 13 соединена также с глухой камерой 2 регулятора 1 прямого действия. Регулятор давления потока газа содержит также два повторителя давления со сдвигом, первый 18 из которых с глухой камерой 19, соединенной с каналом 8, содержит настроечную пружину 20, Проточная камера 21 этого повт 9рителя разделена чувствительным элементом 22 с глухой камерой 19. Камера 21 соединена с задатчиком 23 давления непосредственно и через сопло 24 с кана-п лом 25 с камерой 11 задания элемента 10 сравнения, а через переменньш дроссель 26. с источником постоянного давления. Второй повторитель 27 со сдвигом включает глухую 28, содержащую настроечную прулсину 29 и соединенную с источником ПОСТОЯННОГО давления, и проточную 30 камеры, разделенные чувствительным элементом 31. Камера 30 соединена с камерой 12 опорного давления и через постоя ный дроссель 32 с источником питания, а через сопло 33 с атмосферой. Регулятор давления потока газа может быть также снабжен источником 34 разрежения, подключенным к выходу нагрузки 9 и к выходу задатчика давления 23, Регулятор давления работает еле- дующим образом. Газ подается на входной штуцер регулятора 1 прямого действия и с его выхода подается на нагрузку 9. В элементе 10 сравнения происходит сравнение давлений в камере 11 задания и опорного давления 12, являющегося постоянным. Давление задания формируется между переменным дросселем 26 и переменным сопротивлением, образованным сотшом 24 и чувствительным элементом 22 повторителя 18 сосдвигом. При этом незначительное изменение давления задания в проточной камере 21 вызывает значительное изменение давления в камере 11 задания элемента 10 сра нения. Опорное давление в камере 11 элемента 10 сравнения подается повторителем 27 с отрицательным сдвигом, поэтому давление в камере 11 оказывается меньше, чем давление перед переменным дросселем 26. В зависимости от знака рассогласования величин давлений в камере 11 за Дания и 12 опорного давления происх дит перемещение мембранной сборки Элемента 10 сравнения вверх или вни При этом возникает скачкообразное изменение выходного сигнала в камер 1 Р-у Р8Ь1х КРб)( где (. Р.. - давление в камере 1 1, P( дав ление в камере 12, , где F эффективная площадь большей, а f - малой мембран элемента 10 сравнения Пневматический выходной сигнал с элемента 10 сравнения через перемен ный дроссель 17 поступает в глухую камеру 2 регулятора 1 прямого действия.. Давление газа на выходе регулято ра 1 в канал 8 равно сумме давл.ений в камере 2 и настроечной пруймны 7. Давление с выхода регулятора 1 попадает в камеру 19 повторителя 18 со сдвигом, где уравновешивается с давлением задания в камере 21. Пружина 20 позволяет корректировать положение павновесия. Переменньй дроссель 17 служит для увеличения или уменьшения скорости изменения выходного сигнала с элемента 10 сравнения. Коэффициент усиления К регулятора давления потока газа может достигать нескольких тысяч, и настраиваться дросселем 26-. йР. V - /лр -о 0 ЛРбыЛ . -ЧРавновесие в системе регулирования наступает тогда, когда достигается равенство давлений в камерах 19 и 21 повторителя 18 со сдвигом и равенство давления в камерах 11 И12 элемента 10 сравнения. Рассмотрим работу предлагаемого регулятора при изменении давления от О до 1 кгс/см в камере 21задатчиком 23 давления. При этом чувствительный элемент 22 повторителя 18 со сдвигом приоткрывает щель между соплом 24 и заслонкой,укрепленной на чувствительном элементе 22, тогда давление в камере 11 задания элемента 10 сравнения уменьшается, мембранная сборка элемента 10 сравнеш1Я перемещается вниз, прикрывая сопло 15, давление на выходе дросселя 17, а следовательно, в камере 2 регулятора 1 прямого действия, ив канале; 8 начинает увеличиваться, также начинает увеличиваться давление в камере 19 повторителя 18 со сдвигом, которое давит яа чувствительный элемент 22, прикрывая сопло 24 до тех пор, пока давление в камере 19 не становится равным давлению в камере 21, а это возмох но только тогда, когда давление в камерах 11 и 12 элемента 10 сравнения равны между собой. Давление задания может задаваться любьм задатчиком 23, в том числе задатчиком абсолютного давления, а также может быть равным атмосферному. В случае подключения источника 34 разрежения к выходу дросселя 9 и задатчика 23 регулятор давления потока газа работает аналогично ому, как бьшо описано вьш1е, только при этом на чувствительном элементе 22повторителя 18со сдвигом уравновешиваются разрежения. При изменении расхода газа через регулятор I прямого действия путем изменения сечения нагрузки 9 давление перед этой нагрузкой

жестко держится постоянным и равным заданному давлению в камере 21,

Наличие в регуляторе потока газа двух повторителей со сдвигом позволяет свести ошибку в поддержании заданного давления к нулю, а также расширить диапазон приме нения путем введения регулирования малых давлений, близких к нулю, атмосферного давления и разрежений.

По сравнению с базовым объектом регулятором давления Р1Щ-1М - в предлагаемом регуляторе также расширен диапазон регулируемых давлений и повышена точность их регулирования.

Формула изобретения

Регулятор давления газа, содержащий задатчик давления, элемент сравнения, регулятор давления прямого действия, состоящий из глухой, связанной с выходом элемента сравнения, камеры, и проточной камеры, связанной через первьй переменный дроссель с нагрузкой, сопло регулятора давления прямого действия размещено в проточной камере, сопряжено с заслонкой, связанной с «увствительным элементом и- подключено к входному каналу, камеры элемента сравнения, расположенные между мембранами с меньшей эффективной площадью и корпусом, соединены йежду собой через второй переменный дроссель, причем одна из указанных каме элемента сравнения соединена через сопло с атмосферой и через постоянШ11Й дроссель - с каналом питания, d другая камера выполнена глухой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона регулирования, в нем установлены два повторителя со сдвигом, второй постоянный и третий переменный дроссели, причем глухая , камера первого повторителя со сдви

гом связана с выходом регулятора давления прямого дейстзия, проточная камера первого повторителя со сдвигом соединена с задатчиком давления и через сопло - с камерой за-

дания элемента сравнения, глухая камера второго повторителя со сдвигом подключена к первому каналу питания и через третий переменный дроссель к соплу первого повторителя со

сдвигом, проточная камера второго повторителя со сдвигом связана через второй постоянный дроссель с вторым каналом питания и с камерой опорного давлени.я элемента сравне-

ния, а сопло второго повторителя со сдвигом подключено к атмосфере,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР N% 744495, кл. G 05 D 16/06, 1978 (прототип).