Регулятор давления газа

 

Изобретение относится к регуляторам прямого действия и может быть использовано в системах газоснабжения с давлением ниже атмосферного для его редуцирования и поддержания в заданных пределах. Регулятор содержит корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлен запорно-регулирующий клапан, перемещающийся относительно седла и направляющего элемента. Направление движения клапана перпендикулярно направлению прогиба центра мембраны, нагруженной пружиной задания и связанной с клапаном через упругий толкатель и двуплечий рычаг. Толкатель выполнен в виде плоской пружины Г-образной формы, установленной с возможностью деформации в плоскости углового движения рычага. Один конец плоской пружины жестко связан с центром мембраны, а другой - с концом рычага, взаимодействующим с клапаном. Седло и направляющий элемент клапана установлены в соосные расточки в стенке корпуса с возможностью перестановки их местами. Введение упругого толкателя в виде плоской пружины в шарнирно-рычажный механизм перемещения запорно-регулирующего клапана устраняет по меньшей мере один шарнир, что снижает число узлов трения, влияющих на точность и надежность работы регулятора. Упругий толкатель сглаживает пульсации и "забросы" входного давления, а установка седла и направляющего элемента с возможностью их перестановки местами расширяет функциональные возможности регулятора за счет обеспечения его работы в режимах "после себя" и "до себя". 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам регулирования давления газа прямого действия и может быть использовано в системах газоснабжения с низким (ниже атмосферного) давлением газа для его редуцирования и поддержания в заданных пределах.

Известен регулятор давления газа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный чувствительный элемент и связанный с ним через рычаг клапан, направление перемещения которого перпендикулярно направлению перемещения чувствительного элемента и к оси пружины задания [1].

В данном регуляторе давления расположение осей перемещения масс подвижных звеньев в трех взаимно перпендикулярных направлениях повышает его виброустойчивость, однако наличие значительного числа шарниров, связывающих подвижные рычаги с мембраной, с корпусом и с пружиной задания, увеличивает момент трения в механизме перемещения клапана, что снижает точность регулирования выходного давления газа и надежность его работы из-за возможного заедания хотя бы одного шарнира.

Известен также регулятор давления газа прямого действия "после себя", содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлен запорно-регулирующий клапан, связанный с чувствительным элементом в виде подпружиненной мембраны с помощью рычажного механизма, причем направление перемещения центра мембраны перпендикулярно направлению движения клапана. В качестве пружины, нагружающей мембрану на заданное давление газа на выходе из регулятора, может быть использована как обычная винтовая пружина так и пневмопружина [2].

Данный регулятор давления (например, типа РД-32М-10Н) редуцирует давление газа с 0,05-3 кг/см² до давления на выходе 90-200 мм водяного столба и поддерживает его с определенной точностью на уровне, определяемом настройкой пружины задания. Существенным недостатком данного регулятора является то, что он не может обеспечить высокую точность регулирования давления газа из-за наличия по меньшей мере трех шарниров в рычажном механизме, а его функциональные возможности ограничены только поддержанием давления газа в линии после себя и обеспечение работы в режиме "до себя" сопряжено с усложнением конструкции.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение точности регулятора, а также расширение его функциональных возможностей путем обеспечения работы в режимах "после себя" и "до себя" без усложнения конструкции.

Цель достигается благодаря тому, что в регуляторе давления газа, содержащем корпус с входной и выходной полостями, установленный между ними запорно-регулирующий клапан, соединенный через рычаг с чувствительным элементом, выполненным в виде нагруженной пружиной задания мембраны, направление перемещения центра которой перпендикулярно направлению движения клапана, рычаг связан с мембраной через упругий толкатель, выполненный в виде плоской пружины, один конец которой закреплен в центре мембраны, а другой жестко соединен с концом рычага, взаимодействующим с запорно-регулирующим клапаном. Кроме того, седло и направляющий элемент клапана установлены в соосные сквозные расточки в стенке корпуса, разделяющей входную и выходную полости, с возможностью взаимной перестановки их местами, а плоскую пружину, связывающую конец рычага с мембраной, предпочтительно выполнять Г-образной формы.

Введение упругого толкателя в шарнирно-рычажный механизм, связывающий чувствительный элемент с запорно-регулирующим клапаном, устраняет по меньшей мере один из шарниров механизма. Уменьшение числа узлов трения в шарнирно-рычажном механизме способствует повышению точности регулятора, а благодаря возможности упругой деформации толкателя обеспечивается подвижность механизма в плоскости углового движения рычага. Кроме того, введение в механизм упругого толкателя сглаживает пульсации и "забросы" входного и выходного давлений, обеспечивая плавность регулирования. Выполнение упругого толкателя в виде плоской пружины Г-образной формы и крепление ее короткой (горизонтальной) стороны в центре мембраны, а вертикальной - к рычагу обеспечивают гарантированное усилие для создания момента вращения рычага при возвратно-поступательном движении центра мембраны в направлении, перпендикулярном направлению перемещения запорно-регулирующего клапана. Установка седла и направляющего элемента клапана в соосных расточках в стенке корпуса, разделяющей входную и выходную полости, расширяет функциональные возможности регулятора, так как для перехода работы регулятора с режима "после себя" в режим "до себя" (и наоборот) необходимо переставить местами седло и направляющий элемент запорно-регулирующего клапана, последний развернуть на 180^о и изменить функциональное назначение на обратное входной и выходной полостей. Другими словами из одного и того же комплекта деталей может быть собран как регулятор для поддержания заданного давления в линии после себя, так и регулятор с заданным давлением газа до себя.

Таким образом, совокупность существенных признаков в заявляемом регуляторе давления газа обеспечивает по сравнению с известными из уровня техники решениями повышение точности поддержания заданного давления газа и расширение функциональных возможностей регулятора при его относительно простой конструкции. Эффективность предлагаемого регулятора проявляется также в его надежной работе, так как снижение трения в механизме перемещения запорно-регулирующего клапана за счет уменьшения числа шарниров повышает не только точность регулирования, но и снижает возможность заедания трущихся элементов. Повышение точности поддержания установленного давления дает экономию рабочего газа.

На фиг. 1 показан регулятор давления газа "после себя"; на фиг. 2 - регулятор "до себя"; на фиг. 3 - статические характеристики заявляемого и серийного регуляторов.

Применительно к регулятору давления газа "после себя" в корпусе 1 с входной 2 и выходной 3 полостями установлен запорно-регулирующий клапан 4 с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно направляющего элемента 5 и седла 6, которые установлены соосно в расточках 7 и 8 стенки корпуса 1, разделяющей полости 2 и 3. Клапан 4 при помощи шарнирно закрепленного в корпусе рычага 9 и упругого толкателя 10 связан с чувствительным элементом, выполненным в виде упругой мембраны 11, герметично установленной в корпусе 1 и отделяющей выходную полость 3 от полости 12 давления настройки регулятора, создаваемого через штуцер 13 внешним источником давления газа. Для обеспечения углового перемещения рычага 9 и поступательного движения связанного с ним клапана 4 при прогибе мембраны 11 в обоих направлениях упругий толкатель 10 выполнен в виде плоской пружины Г-образной формы, соединенной горизонтальной полкой 14 с центром мембраны, а вторым концом 15 с рычагом 9 со стороны его соединения с клапаном 4. При этом упругий толкатель 10 установлен в положение, при котором его деформация происходит в плоскости угловых отклонений рычага 9. Подвижность механизма передвижения клапана 4, включающего узел соединения качающегося рычага 9 с прямолинейно движущимся элементом (клапан 4), обеспечена известным образом, например, по схеме простейшего кулисного механизма с качающимся рычагом и поступательно движущейся кулисой. В заявляемом регуляторе, предназначенном для работы с низкими давления газа, в качестве пружины задания предпочтительно использовать пневмопружину в виде герметичной полости 12 с относительно большим объемом, в которой от внешнего источника газа создается давление настройки регулятора.

Отличие регулятора давления газа "до себя" (фиг. 2) заключается в том, что направляющий элемент 5 и седло 6 переставлены местами, клапан 4 повернут рабочим концом к седлу, т. е. на 180^о, а функциональное назначение входной и выходной полостей 2 и 3 изменено на противоположное. В исходном положении давлением настройки в полости 12 клапан 4 закрыт, а при повышении давления во входной полости проходное сечение дросселирующей щели между клапаном и седлом увеличивается.

Работа регулятора давления газа "после себя" заключается в следующем.

В исходном положении клапан 4 под действием давления настройки в полости 12 на мембрану 11 через упругий толкатель 10 и рычаг 9 отжат от седла 6 и образует с ним наибольшее проходное сечение. При подводе входного давления и перекрытой выходной магистрали газ из входной полости 2 через дросселирующую щель между клапаном 4 и седлом 6 заполняет выходную полость 3 и сообщенную с ней полость над мембраной 11. Мембрана, прогибаясь вниз под действием возрастающего выходного давления, перемещает связанный с ней через упругий толкатель 10 и рычаг 9 клапан 4 в сторону седла 6, что уменьшает проходное сечение, и при повышении давления в выходной полости до давления настройки регулятора клапан 4 поджимается к седлу 6. При открывании выходной магистрали к потребителю газа давление в выходной полости 3 понижается и мембрана 11 прогибается вверх, перемещает клапан 4 от седла 6, увеличивая дросселирующее сечение. При постоянном расходе газа на выходе регулятора (на установившемся режиме) величина дросселирующего сечения устанавливается такой, что на мембране 11 выходное давление уравновешивается силой давления настройки в полости 12, а расход газа через дросселирующую щель равен расходу газа потребителем. Если изменяется входное давление или расход газа на выходе из регулятора, то изменяется и выходное давление. Однако при этом нарушается равновесие сил на мембране 11, которая прогибается, создавая усилие на упругий толкатель 10 и рычаг 9, и перемещает в соответствующее положение клапан 4, изменяя величину дросселирующего сечения на восстановление выходного давления. На новом установившемся режиме выходное давление, как правило, несколько отличается от прежнего значения, что присуще регуляторам прямого действия.

На величину отклонений выходного давления при изменении входного давления или расхода газа на установившихся режимах оказывает влияние и момент трения в механизме перемещения запорно-регулирующего клапана. В заявляемом регуляторе давления кинематическая связь мембраны с рычагом осуществлена через упругий толкатель, жестко соединенный концами с центром мембраны и с рычагом, т.е. в шарнирно-рычажный механизм перемещения запорно-регулирующего клапана введено дополнительное звено - упругий толкатель, что однако позволило исключить из механизма один шарнир, связывающий рычаг с мембраной, с сохранением подвижности всего механизма за счет возможности упругой деформации толкателя.

Испытания опытных образцов заявляемого регулятора давления газа "после себя" показали его надежную работу и более высокую точность поддержания заданного давления в широком диапазоне изменений входного давления и расхода газа. На фиг. 3 представлены фрагменты статических характеристик заявляемого регулятора (А) и серийного регулятора давления газа (Б) (регулятор типа РП-М) аналогичного назначения. Анализ характеристик показывает, что в заявляемом регуляторе давления газа статическая ошибка в 5-6 раз меньше, чем в серийном регуляторе.

Формула изобретения

1. РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлен с возможностью перемещения относительно седла и направляющего элемента запорно-регулирующий клапан, связанный через рычаг с чувствительным элементом, выполненным в виде нагруженной пружиной задания мембраны, направление перемещения центра которой перпендикулярно к направлению движения запорно-регулирующего клапана, отличающийся тем, что рычаг связан с мембраной через упругий толкатель, выполненный в виде плоской пружины, установленной с возможностью деформации в плоскости качания рычага, один конец которой закреплен в центре мембраны, а другой жестко соединен с концом рычага, взаимодействующим с запорно-регулирующим клапаном.

2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что плоская пружина выполнена Г-образной формы.

3. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что седло и направляющий элемент запорно-регулирующего клапана установлены в соосные сквозные расточки в стенке корпуса, разделяющей входную и выходную полости, с возможностью взаимной перестановки их местами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3