Регулятор давления

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано для регулирования давления транспортируемой жидкости или газообразной среды в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение стабильности работы регулятора за счет введения между камерой с чувствительным элементом и компенсационной мембраной защитной мембраны, закрепленной на штоке. Регулятор давления содержит корпус с входной и выходной полостями и седлом, клапан, закрепленный на штоке и загерметизированный с помощью уплотнителя. Шток имеет канал, соединяющий входную полость регулятора с разгрузочным элементом, включающим компенсационную и защитную мембраны. Мембраны разделены втулкой и кольцом и закреплены на штоке. Наружные стороны мембран крепятся к корпусу чувствительного элемента. Второй конец штока через рычажную передачу передает усилие от чувствительного элемента к клапану. Настройка производится с помощью регулировочного винта. Корпус чувствительного элемента имеет канал, соединяющийся с выходной полостью регулятора. Защитная мембрана может быть выполнена в виде гофрированного кожуха. Соотношение размеров элементов регулятора выбирается из определенной формулы. Размеры мембраны и седла также выбираются из определенных соотношений. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано для регулирования давления транспортируемой жидкой или газообразной среды в нефтяной, газовой и других отраслях промышленности.

Известны различные конструкции устройств, предназначенных для поддержания давления среды, находящейся в замкнутом объеме (трубопроводе), на заданном уровне. К таким устройствам относятся, например, регуляторы давления газа, представленные в авт. св. СССР N 1314315, кл. G 05 D 16/06, патент США N 3517697, кл. 137-625.33, F 16 Z 11/08, в заявке ФРГ N 063612756, кл. G 05 D 16/06, в заявке Японии N 59-11190, кл. G 05 D 16/00.

Различные конструкции аналогичных устройств рассмотрены также в книге Регуляторы давления газа. Л. : Недра, 1982, в каталогах фирм Fisher (США), Pietro Fiorientini (Италия) и других источниках технической информации.

Техническим решением - аналогом является конструкция регулятора давления по авт. св. СССР N 598038, кл. G 05 D 16/06, 1978. Он содержит корпус с входным и выходным патрубками, клапан, расположенный между патрубками и закрепленный на штоке, кинематически связанном с рычажным исполнительным механизмом, мембранный чувствительный элемент, полость которого соединена каналом с входным патрубком, мембранный чувствительный элемент, закрепленный на штоке, в котором выполнены соединенные между собой осевой и радиальный каналы, один из которых размещен в плоскости седла клапана, а другой - в полости мембранного чувствительного элемента.

Недостатком известного регулятора является наличие значительного трения в уплотнительной паре шток-граница раздела мембранных камер. Это снижает чувствительность регулятора и, как следствие, точность регулирования и стабильность работы.

Известна также конструкция пневматического узла силовой компенсации по авт. св. СССР N 149000, кл. F 01 Z 1/24, 1962. Узел включает подпружиненный клапан, взаимодействующий с седлом сопла с мембраной и перепускной дроссель.

Недостатками этого узла являются то, что через перепускной канал газ перетекает из входной полости в выходную, что предполагает использование в регуляторах, встроенных в системы с обязательным минимальным расходом газа, а также зависимость количества сбрасываемого через дроссель газа от величины входного давления. Однако при отсутствии расхода входное и выходное давление выравниваются, в итоге регулятор не выполняет своих функций в условиях безрасходного режима работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому регулятору является выбранный в качестве прототипа регулятор давления по авт. св. СССР N 1179289, кл. G 05 D 16/06, 1985, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлено седло, и тарельчатый клапан, связанный с чувствительным элементом, снабженным задающим устройством, и с разгрузочным элементом, образующим с корпусом разгрузочную камеру.

Недостаток этого регулятора состоит в том, что задающее устройство и тарельчатый клапан, расположенные по разные стороны от седла, связаны между собой системой планок и шпилек, что ведет к увеличению габаритов и массы корпуса и всего регулятора в целом. Наличие клапана обеспечивает работу регулятора только при наличии минимального расхода, при безрасходном режиме регулятор не обеспечивает выполнение функций.

Целью изобретения является повышение стабильности работы регулятора, в том числе в режиме отсутствия расхода газа через регулятор.

Цель достигается тем, что в регулятор давления, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлены седло и клапан, разгрузочная камера с компенсационной мембраной, связанной с чувствительным элементом, снабженным задающим устройством, полым штоком, введена защитная мембрана, помещенная и закрепленная на полом штоке. Дополнением к изобретению является геометрия (форма) защитной мембраны. Она может быть в частном случае выполнена в виде гофрированного кожуха. Этот вариант рекомендуется в случаях больших диаметров седел, например свыше 30 мм. Дополнением к основному решению изобретения является соотношение размеров элементов регулятора: площадей седла, компенсационной и защитной мембраной: S_c = S_эк - S_эз, где S_c - площадь седла; S_эз и S_эк - соответственно эффективные площади защитной и компенсационной мембран.

Возможен вариант, когда размеры мембран и седла выбраны из соотношений S_c = S_эк, а S_эз = 0.

Новизна и изобретательский уровень доказаны результатами патентных и информационных исследований. Кроме того, оценка коллег-специалистов позволяет считать данное решение прогрессивным, новым, ждущим использования в газовой промышленности.

Патентные исследования, сделанные по фондам зарубежных стран и СССР, дали возможность детально сравнить предложенное решение с его дополнениями со всеми имеющимися на настоящее время решениями. В результате подтверждена новизна как основного, так и дополнительных пунктов изобретения. Наличие изобретательского уровня решения в том, что решается проблема, не решенная в течение длительного времени. Решенная проблема позволит выпустить серийно класс приборов, стабильно работающих в безрасходном режиме. Промышленная применимость не вызывает сомнений.

Изобретение поясняется чертежом.

Регулятор содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 полостями и седлом 4, клапан 5, закрепленный на штоке 6 и загерметизированный с помощью уплотнителя 7, шайбы 8 и гайки 9. Шток 6 имеет канал 10, соединяющий входную полость 2 регулятора с разгрузочным элементом, содержащим компенсационную 11 и защитную 12 мембраны, разделенные втулкой 13 и кольцом 14, закрепленные на штоке 6 с помощью шайбы 15 и гайки 16. Наружные стороны мембран 11 и 12 с помощью кольца 14 и прижимного кольца 17 крепятся к корпусу 18 чувствительного элемента. Второй конец штока через рычажную передачу 19 передает усилие от чувствительного элемента 20 к клапану. Настройка производится посредством изменения усилия пружины 21, осуществляемого с помощью регулировочного винта 22. Корпус чувствительного элемента имеет канал 23, соединяющийся с выходной полостью 3 регулятора.

Регулятор работает следующим образом.

В установившемся режиме работы подвижная система (клапан-седло) находится в равновесии и величина дросселирующего сечения устанавливается так, что силы, действующие на чувствительный элемент, уравновешиваются усилием пружины 21. При нарушении равновесия сил на чувствительном элементе 20 он смещается и через рычажную передачу 19 смещает шток 6 с клапаном 5, изменяя величину дросселирующего сечения. Разгрузочный элемент служит для уменьшения влияния изменений входного давления на выходное давление. Без установки разгрузочного элемента изменение входного давления влечет за собой изменение силы, действующей на клапан 5 и обусловленной величиной входного давления и площади клапана 5. Эта меняющаяся по величине сила передается через рычажную передачу 19 на чувствительный элемент 20, вызывая его перемещение, что ведет к изменению дросселирующего сечения, и, как следствие, к изменению выходного давления. Введение разгрузочного элемента повышает точность работы регулятора, уменьшает зависимость выходного давления от колебаний входного давления и позволяет увеличить производительность регулятора давления за счет увеличения диаметра седла без ухудшения потребительских качеств регулятора.

Защитная мембрана 12 предохраняет камеру чувствительного элемента от прорыва газа с выходным давлением через зазор шток 6 - корпус чувствительного элемента 20, благодаря чему регулятор может использоваться как в режиме расхода газа, так и в режиме отсутствия расхода газа через регулятор.

Интересен вариант защитной мембраны, выполненной в виде гофрированного кожуха, помещенного на полый шток. Это решение не только защищает камеру чувствительного элемента от входного давления, но позволяет уменьшить диаметр разгрузочного элемента, что важно при относительно больших диаметрах седел.

Эффект изобретения усиливается при соблюдении соотношения S_c = S_эк - S_эз, При этом площадь седла S_c = π D²/4, где D - диаметр прохода седла; S_эк = π/12 (D_эк² + D_эк x d_эк + d_эк²), где D_эк - диаметр заделки компенсационной мембраны; d_эк - диаметр шайбы 15; S_эз = π/12 (D_эз² + D_эз x d_эз + d_эз²), где D_эз - диаметр заделки защитной мембраны; d_эз - диаметр штока 6.

В случае необходимости увеличение эффективности площади защитной мембраны 12 на шток 6 может быть установлена шайба. (56) Авторское свидетельство СССР N 1179289, кл. G 05 D 16/06, 1985.

Плотников В. М. Регуляторы давления газа. Л. : Недра, 1982, с. 74.

Формула изобретения

1. РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ , содеpжащий коpпус с pазгpузочной камеpой между входной и выходной полостями, седло с клапаном на входе в pазгpузочную камеpу, камеpу с чувствительным элементом, снабженным задающим устpойством, связанную с pазгpузочной камеpой, пpичем клапан смонтиpован на штоке с каналом для подвода газа из входной полости в pазгpузочную камеpу, в этой камеpе смонтиpована компенсационная мембpана, связанная посpедством штока с чувствительным элементом, отличающийся тем, что между камеpой с чувствительным элементом и компенсационной мембpаной pасположена защитная мембpана, закpепленная на штоке.

2. Регулятоp по п. 1, отличающийся тем, что защитная мембpана выполнена в виде гофpиpованного кожуха.

3. Регулятоp по п. 1, отличающийся тем, что площадь S_с седла, эффективная площадь S_эк компенсационной мембpаны и эффективная площадь S_эз защитной мембpаны связаны уpавнением

РИСУНКИ

Рисунок 1