Регулятор давления

 

Использование: газоснабжение природным газом и газобалонные установки сжиженного газа для автоматического поддержания рабочего давления на заданном уровне. Цель: повышение точности регулятора. Сущность изобретения: регулятор содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами, мембрану 5, тягу 6, задающую пружину 7, установленную на стержне 11, шарнирно соединенном с регулирующим органом 8. Стержень 11 служит направляющей для задающей пружины 7, которая при сжатии входит во втулку 12. Положительный эффект: повышение точности и получение оптимальных выходных характеристик регулятора. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к коммунальному газоснабжению и может быть использовано в газобаллонных установках сжиженного газа и для снабжения потребителей природным газом.

Известен регулятор давления, в котором в качестве задающей пружины применена пружина кручения, установленная на оси поворота рычага, а мембрана соединена с рычагом усилительного механизма Г-образным кронштейном [1].

Регулятор имеет следующие недостатки: пружина кручения имеет низкую точность силовой характеристики; смещение точки соединения мембраны с рычагом от центра мембраны для увеличения коэффициента усиления приводит к перекосу мембраны, для чего необходимо вводить дополнительные направляющие, которые усложняют конструкцию регулятора и создают дополнительное трение.

Известен также регулятор давления, в котором применена рычажная система с переменным коэффициентом усиления, т.е. при приближении клапана к соплу коэффициент усиления увеличивается, что позволяет уменьшить габариты регулятора при заданных параметрах по сравнению с пропорциональными регуляторами [2].

Однако, известные регуляторы сложны конструктивно, требуют высокой точности изготовления и имеют большой ход мембраны.

Предлагаемый регулятор отличается от известного тем, что задающая пружина установлена на стержне, расположенном в подмембранной полости, один конец которого шарнирно соединен с рычагом, а другой - с корпусом, при этом конструктивные параметры регулятора связаны между собой соотношением F_эф ˙ Р_н ˙ l=Q₁ ˙ h₁=Q₂ ˙ h₂+Q₃ ˙ h₃, где F_эф - эффективная площадь мембраны, Р_н - номинальное выходное давление, l - расстояние от оси тяги до оси поворота рычага, Q₁ и Q₂ - усилия задающей пружины соответственно в положении "открыто" и "закрыто", Q₃ - усилие, необходимое для герметичного закрывания седла уплотнителем, h₁ и h₂ - плечи действия пружины в положении рычага "открыто" и "закрыто", h₃ - расстояние от оси седла до оси поворота рычага.

На чертеже представлен регулятор в разрезе в положении "открыто".

Регулятор давления содержит корпус 1 с входным и выходным 3 штуцерами, крышку 4, мембрану 5, тягу 6, задающую пружину 7, регулирующий орган 8, уплотнитель 9, ось поворота рычага 10, стержень 11 и втулку 12 с осями поворота подпружиненного элемента 13 и 14. Регулирующий орган 8 выполнен в виде запорного элемента.

Регулятор работает следующим образом.

В исходном положении под действием пружины 7 регулятор открыт. Через входной штуцер 2 с седлом и щель между ним и уплотнителем 9 газ поступает в подмембранную полость корпуса 1, воздействуя на мембрану 5, и через выходной штуцер 3 поступает к потребителю.

При изменении расхода газа у потребителя или входного давления изменяется давление в подмембранной полости регулятора, мембрана 5 перемещается и тягой 6 поворачивает регулирующий орган 8 вокруг оси 10, изменяя положение уплотнителя 9 относительно седла входного штуцера 2, увеличивая или уменьшая расход газа, поступающего в рабочую камеру регулятора.

Задающая пружина 7, упирающаяся в регулирующий орган 8, выполненный в виде запорного элемента, создает момент силы, препятствующий перемещению указанного органа в закрытое положение. Момент силы пружины рассчитан на уравновешивание усилия мембраны 5 при номинальном выходном давлении, т.е.

Q₁ ˙ h₁=F_эф ˙ Р_н ˙ l.

При превышении давления в подмембранной полости мембрана 5 перемещается и уменьшает расход газа в регулятор, что приводит к снижению давления в камере. При отсутствии расхода газа уплотнитель запирает седло и, учитывая, что момент запирания и момент пружины в точке запирания равны моменту пружины в исходном положении, рост выходного давления не происходит, т.е.

Q₂ ˙ h₂+Q₃ ˙ h₃=F_эф ˙ P_н ˙ l Таким образом, Q₁ ˙ h₁=Q₂ ˙ h₂+Q₃ ˙ h₃=F_эф ˙ Р_н ˙ l.

Поэтому регулятор имеет стабильную характеристику независимо от изменения расхода газа. Незначительные изменения выходного давления будут происходить только при изменении давления на входе, так как при этом изменяется величина запирающего усилия.

Задающая пружина, установленная на стержне 11, при сжатии входит во втулку 12, а при разжатии частично выходит из нее. При таком исполнении усилительного механизма задающая пружина имеет направляющую и может иметь большое число витков, большую длину и меньшую жесткость, что улучшает выходные характеристики регулятора. При перемещении регулирующего органа 8 стержень 11 и втулка 12 поворачиваются относительно осей 13 и 14, изменяя положение оси действия пружины 7 относительно оси регулирующего органа 8, соответственно изменяя моменты действия задающей пружины 7.

В закрытом положении регулятора момент усилия задающей пружины должен быть меньше на величину момента запирающего усилия.

Формула изобретения

1. РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, в котором размещена мембрана с тягой, образующая с корпусом надмембранную полость, закрытую крышкой и через отверстие в ней связанную с атмосферой, и подмембранную полость с расположенным в ней регулирующим органом, выполненным в виде запорного элемента, расположенного на связанном с тягой рычаге, ось которого закреплена в корпусе, и седла, расположенного во входном штуцере, и задающую пружину, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, задающая пружина установлена на стержне, один конец которого шарнирно соединен с рычагом, а другой шарнирно соединен с корпусом.

2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения оптимальных выходных характеристик, выполняется соотношение
F_эф · P_н · l = Q₁ · h₁ = Q₂ · h₂ + Q₃ · h₃,
где F_эф - эффективная площадь мембраны;
P_н - номинальное выходное давление;
l - расстояние от оси тяги до оси поворота рычага;
Q₁ и Q₂ - усилия задающей пружины в положении "открыто" и "закрыто" соответственно;
Q₃ - усилие, необходимое для герметичного закрывания седла уплотнителем;
h₁ и h₂ - плечи действия пружины в положении рычага "открыто" и "закрыто" соответственно;
h₃ - расстояние от оси седла до оси поворота рычага.

РИСУНКИ

Рисунок 1