Регулятор давления газа Советский патент 1982 года по МПК G05D16/10 

(54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

1

Изобретение относится к силовой пуё&моавтоматике и может быть использовано в различных пневматических системах для понижения давления газа и поддержания . величины пониженного давления с высокой точностью.

По основному авт. св. № 896598 известен регулятор давления газа, соде{ жащий корпус с установленным на нем первым клапаном, связанным с первым чувствительным элементом, управляющая полость которого сообщена с выходом второго клапана, связанного со вторым чувствительным элементом, и пружину зада ния с регулировочным винтом. Регулятор содержит также дроссельное устройство, т$ход его второго клапана сообщен с выходе первого клапана, первый чувствительный элемент выполнен в виде двухступенчатого поршня, а полость, образованная торцом большей ступени, связанным с ним вторым чувствительным элементом и корпусом, сообщена через дроосельное устройство с полостью между ступенями двухступенчатого поршня и корпусом, связанной с атмосферой

Недостатком известного регулятора является чрезмерное повышение давления в выходной полости устройства при негерметичности первого клапана, что может иметь место, например, при разрушении его уплотнителя. В результате точность и надежность регулятора снижаются.

10

Целью изобретения является повышение точности регу штора давления.

Указанная цель достигается тем, что регулятор давления газа содержит под15пружиненный третий клапан, расположенный в осевой расточке, выполненной в двухступенчатом поршне, и связанный со вторым чувствительным элементом поршневого типа и с перш.1М клапаном, при201чем канал седла третьего клапана связан через радиальные отверстия, выполненные ;в двухступенчатом поршне, с полостью, образованной его ступенями и корпусом. При таком исполнении регулятора повышение выходного давления газа сверх допустимой величины вызывает подъем вверх первого чувствительного элемента, в результате чего толкатель третьего клапана доходит до второго чувствительного элемента. и упирается в него. Дальнейшее повышение выходного давления вызывает переметпение двухступенчатого поршня дальше вверх. При этом ДОПОЛНЕН тельный запорный орган толкаг елем отрывается от седла, избыточное давление сбрасывается в атмосферу. На чертеже представлен ре1улятор дан ления газа, разрез. Регулятор давления состоит из корпус 1 с входным 2 и выходкам 3 каналами,, в котором размещены силовой (основной) и настроечный (вспомогательными) редукторы. Силовой редуктор включЕ ет в себя седло 4, нагруженный пружиной 5 первый клапан 6, взаимодействующий посред ством толкателя 7 с первым чувствитель ным элементом 8. Настроечный редуктор включает в себя седло 9, второй клапан 10 с пруясвной 11, взаимодействующий толкателем 12 со в вторым чувствительным элементом поршневого типа 13, нагруженным посредством регулировочного винта 14 через опорную fapeль 15 пружиной задания 16 Выходная полость (выход первого клапана),17 силового редуктора каналами 18 и 19 сообщена со входной полостью (входом второго клапана) 20 настроечного редуктора. Первый чувствительный элемент 8 си лового редуктора выполнен в виде двухступенчатого поршня, торцовая поверх-г. ность меньшей ступени которого обращена к выходной полости 17 силового редуктора. Торцовая поверхность большей ступени порщня 8 обращена ко второму чувствительному элементу 13 настроечного редуктора с толкателем 21 и образует с HIJM и стаканом 22 корпуса 1 пневмополость 23, сообщенную с выхо; ной полостью 24.настроечного редуктора проточками 25, каналами 26 и через зазоры между вторым чувствительным элементом 13 и стаканом 22. Пневмополость 23 сообщена через дроссельное устройство 27 с полостью 28 между ступенями поршня 8 и корпусом 1. Полость 28 каналом 29 сообщ&на с атмосферой. Корпус регулятора закрыт стаканом 30. В двухступенчатом поршне 8 выполнено седло 31, канал 32 которого сообшеи с полостью 28 через радиальные отверстия 33 и перекрыт со стороны выходной полости 17 регулятора нагружен ным пружиной 34 третьим клапаном. Третий клапан 35 толкателя 36 связан с толкателем 21 второго чувствительного клапана элемента 13, а толкателем 37с толкателем 7 первого клапана. Пружина 3.4 может быть также установлена в полости 23 между чувствительными элементами 8 и 13. В поршне 8 со стороны меньшей его ступени выполнена .осевая расточка 38, полость которой служит входной полостью для третьего клапана 35 исоединенная с выходной полостью 17 регулятора каналами 39 и 40. Регулятор давления газа работает следующим образом. В исходном положении пружина задания 16 сжата .винтом 14 через тарель 15. Второй чувствительный элемент 13 максимально опущен вниз и упирается в стакан 22. Второй клапан 10 через толкатель 12 вторым чувствительным элементом 13 максимально отжат от сед- , ла 9. Первый чувствительный элемент 8 толкателем 21 через толкатель 36, запорный орган 35 и пружину 34 отжат вниз, седло 31 перекрыто третьим клапа ном 35, толкатель 37 которого контактирует с толкателем 7 первого клапана 6, образующего с седлом 4 небольшой зазор. Газ высокого давления подводится через канал 2 к первому клапану 6. В зазоре клапаном и седлом 4 газ дросселируется, его давление понижается. Газ пониженного давления поступает в выходную полость 17. силового редуктора И через канал 3 потребителю. Незначительная величина зазора между первым клапаном 6 и седлом 4 обуславливает.; : плавность повышения давления на выходе устройства. Одновременно газ по каналам 18 и 19 из полости 17 поступает во входную полость 20 настроечного редуктора. Из полости 2О газ по зазору между клапаном 1О и седлом 9 поступает в выходную полость 24 настроечного редуктора. Из полости 24 газ по проточкам 25 и каналам 26 поступает в пневмополость 23. По мере пошз1шешш давления в полоотях 24 и 23 второй чувствительный элемеит 13 поднимается вверх, сжимая пружину задания 16, а поршень 8 опускается внвэ, увеличивая проходное сечение между клапаном 6 и седлом 4. Это обуславливает увеличение притока газа в полость 17 и повышение в ней давления. Повышение давления в полостях 24 и 23 сопровождается подъемом вверх второго чувствительного элемента 13 и уменьшением шели между вторым клапаном 10 и седлом 9. При давлении в полостях 24 и 23, равном давлению иадтройки вспомогательного Снастроечного) редуктора, второй чувствительный элемент 13 подни мается вверх настолько, что клапан Ю садится на седло 9, перекрыв его канал. Так как пневмополость 23 сообщена с дроссельным устройством 27 через полость 28 канал 29 с атмосферой, то пол ного перекрытия канала седла 9 вторым клапаном 10 не происходит, имеет место постоянное незначительное сроссел№рование газа вторым клапаном. Давление в полостях 24 и 23 поддерживается постоянным... По мере опускания внвз поршня 8 при повышении давления в полости 23 увеличивается величина щели между первым клапаном 6 и седлом 4. Давление газа в полости 17 при этом повышается. Сила во;здействия давления в полости 17 на торцовую поверхность меньшей ступени поршня 8 увеличивается. Под действием возрастающего давления в полости 17 поршень 8 поднимается вверх, сжимая газ в полостях 23 и 24 Если выход из регулятора давления газа закрыт, то при давлении в полости 17, равном давлению насТройки устро ства (силового редуктора),;поршень 8 поднимется вверх настолько, что первый клапан 6 садится на седло 4, перекрыв его канал и разо6ш1ш входную 2 и выходную 3 полости регулятора. При подъеме вверх поршня 8 и ркатии газа в полостях 23 и 24 сначала второй клапан 10 перекрывает седло 9 и избыточное давление газа из полостей 23 и 24 сбрасывается в атмосферу через дроссель 27, полость 28 и канал29. При дальнейшем дренаже газа из полости 23 второй клапан 10 несколько открывается, компенсируя утечки через дроссель 2 7 и обеспечивая прежнее (настроечное) значение давления в управляющей полости 23 регулятора. За счет этого коэффициент жесткости, нагружаютоей поршень 8 со стороны полости 23 газовой пружины, равен нулю, что. обу славливает высокую точность понижения давления газа регулятором и значительну его производительность. При отборе газа в объем за регулято.ром через канал 3 давление в полости 1 и сила его воздействия на чувствительный элемент 8 снижаются. Это приводит к( опусканию вниз поршня 8, открытию первого клапана 6 и дроссе гированию газа в образовавшейся полости шели между клапаном и седлом. Давление в полости 17 снова .повышается и при некотором его значении между силами, действующими на подвижную систему регулятора, устана&ливается динамическое равновесие, соопветствуюшее определенному расходу газа. Если расход газа изменяется, то новое рйгвновесие наступает при другой величине щели между первым клапаном 6 к сепглом 4. Если давление газа в выходной полости 17 повышается сверх давления настрой ки регулятора, то чувствительный элемент 8 под действием этого поднимается вверх настолько, что толкатель 36 касается толкателя 21. При этом толкатель 37 отходит от толкателя 7 первого клапана 6, который садится на седло 4, разобщив входную 2 и выходную 3 полооти. Дальнейший подъем поршня 8 возможен при скачкообразном повышении выходного давления. Ст т1ень давления, на которую должно повыситься давление в полости 17, чтобы поршень 8 продолжал подниматься вверх, определяется предварительным сжатием пружины 34 и величиной, неуравновешенной по давлению в полости ,17плошади третьего клапана35.Именно, выходное давление (в полости 17) должно ;повыситься на такую величину, которая обес лечит дальнейший подъем вверх поршня 8 при уменьшении его эффективной площади со стороны полости 17 (после контакта толкателей 21 и 36 эта площадь уменьшается на величину площади седла 31 (и при. преодолении усилия пружины 34, параметряа пружины 34 и размеры седла 31, помимо выполнения прочих условий, выбираются таким образом, превышение давления (скачок давления) в полости 17, необходимое для открытия третьего клгапана 35, было равно мин 1мально допустимому превышению выходного давления регулятора. При таком превышении давления величины настроечного давления на выходе рюгуляторщ за счет подъема вверх поршня 8 (после контакта толкателей 21 и 36) происходит отрыв третьего клапана 35 от своего седла 31. При этом избыточное давление из полости 17 по каналам 40 и 39, полость 38, канал 32, радиаль ные отверстия 33, полость 28 и канал 29 сбрасывается в атмосферу. При вос становлении настроечного давления на выходе регулятора поршень 8 под дейcTJBHeM давления газа в полости 23 опус кается вниз, перекрыв канал 32 седла 31 запорным органом 34 и прекратив серое газа в атмосферу. В о: гасываемом регуляторе условия сброса избыточного давления fno сравнению с рэвестными предохранительными клапанами) значител но улучшены. При контакте тотгкателей 21 и 38 на чувствительный элемент 13 начинает воздействовать сила пружины 34 и сила давления газа в полости 17 на неуравновешенную площадь третьего клапана 35. Происходит nepepaoiS пределе1гае этих сил с поршня 8 на поршень 13. Дополнительная сипа на чув- . стБИтельный элемент 13, который до этого находился в равновесии от силы пружины задания 16 и силы давшения газа в 20 полостях 24 и. 23, вызывает некоторый его подъем вверх, IB результате зазор , между вторым клапаном 10 к седлом 9 меньшается, приток газа в полости 24 35 и 23 также уменьшается, а сброс газа из этих полостей через дроссельное устройство 27 остается npeKHHJvd. Это приводи к некоторому снижению давления в пневмополости 23, максимальному подъ. ему вверх поршня 8 и полному открытию зо третьего клапана 35. Это также обуслав.ливает высокие динамические характеристики описанного регулятора давления газа. На вход настроечного редуктора подается стабилизированное скповым редуктором давление газа. Это обуславлива.ет независимость управляющего давленая силового редуктора от величины давления на входе, в результате чего точность пот жения давления газа peryjmтором повышается Это i же обеспечивается тгшже тем, что жесткость управляющей полости (пневмоп:ружины) 23 равна нулю. 9 78 Предлагаемый регулятор исключает повышение выходного давления выше допуотугмой величины, что характеризует его более высокую точность и надежность ра- боты. Он имеет высокие динамические характеристики, в регуляторе выходное давление повышается плавно, при резкой подаче давления на вход отсутствуют динамические забросы выходного давления. Зто обусловлено конструкцией регулятора, обеспечивающей минимальное начальное проходное сечение устройства. Нулевая жесткость пневмопружины первого чувствительного элемента обуславливает характер работы регулятора, бл1;зкШ к релейному. При этом обеспечквается высокая производительность, что позволяет регулятору заменить многие агрегатные газовые редукторы. Предлагаемый регулятор обладает высокой устойчивостью к автоколебаниям. Формула изобретения Регулятор давления газа по авт. св. еССР № 896598, о тличающий с я тем, что, с целью повышения точности регулирования, он содержит подпружиненный третий клапан, расположенный в осевой расточке, выполненной в двухступенчатом поршне, и связанный со вторым чувствительным элементом поршневого типа и с первым клапаном, причем канал седла третьего клапана связан через радиальные отверстия, выполнен- ные в двухступенчатом поршне, с полостью, образованной его ступенями и корпусом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 896598, кл. Q 051 16/10, 1981 i( прототип).