Регулятор давления газа в трубопроводе

 

Изобретение относится к регуляторам давления газа в трубопроводе. Цель изобретения - повышение надежности и взрывобезопасности работы регулятора в условиях загрязненного и влажного рабочего тела. Особенность регулятора является использование в качестве двигателя, регулирующего положение исполнительного органа, струйного двигателя, управляемого от сервоклапанов, в свою очередь, управляемых от клапанов, которые посредством рычажно-пружинного механизма получают движение импульсного характера в зависимости от давления газа за исполнительным органом, непрерывно регистрируемого датчиком давления. 1 ил.

Изобретение относится к регуляторам давления газа в трубопроводе, действующим без вспомогательных источников давления.

Известны регуляторы давления жидкости или газа в трубопроводе, исполнительный орган в которых (например, дросселирующий элемент) регулируется приводом, включающим двигатель, обычно электрический, управляемый автоматически в зависимости от изменения давления до или после исполнительного органа (регулятор непрерывного действия) [1] В таком регуляторе возможно осуществить любой режим регулирования положения исполнительного органа.

Однако использование такого регулятора, имеющего электродвигатель и элементы электрооборудования, исключено во взрывоопасных средах.

В таких ситуациях предпочтительнее использование регуляторов прямого действия [2] в которых отсутствует источник вспомогательной энергии и для перемещения исполнительного органа используется энергия рабочего тела. Непрерывное протекание рабочего тела, особенно влажного и загрязненного, через элементы регулятора приводит к их загрязнению, коррозии, замерзанию и тем самым к снижению надежности регулятора.

Наиболее близким к предложенному техническому решению можно считать регулятор с приводом к исполнительному органу, содержащий двигатель и систему управления, связанную с чувствительным элементом, расположенным после исполнительного органа [1, фиг.8б] Стремление приспособить такой регулятор к работе во взрывоопасных средах приводит к использованию в качестве привода к исполнительному органу механизма или двигателя, управляемого самим телом. А при этом неизбежно постоянное перетекание рабочего тела по элементам системы, что приводит к появлению всех недостатков, присущих регуляторам прямого действия.

Цель изобретения повышение надежности работы регулятора в условиях взрывоопасных сред при влажном и загрязненном рабочем теле.

Цель достигается за счет того, что в регуляторе давления газа в трубопроводе, содержащем дросселирующий элемент в качестве исполнительного органа, соединенного с двигателем, подключенным к системе управления им, вход которой подключен к датчику давления, размещенному после исполнительного органа, в качестве двигателя использован струйный двигатель, а система управления двигателем содержит управляемые сервоклапаны, подключенные к каналам управления струйного двигателя и, соответственно, клапаны управления сервоклапанами, а также рычажно-пружинный механизм управления клапанами, управляющими сервоклапанами, связанный со штоком поршня датчика давления; при этом рычажно-пружинный механизм управления включает первый рычаг, закрепленный одним концом на оси и связанный с поршнем датчика давления, на рычаге размещен первый движок, контактирующий с вторым рычагом, один конец которого закреплен на оси, а другой, выполненный в виде тела вращения, входит в паз второго движка, конец которого в статическом состоянии размещен между первыми выступами соответственно на двух симметрично размещенных третьем и четвертом рычагах, один конец каждого из которых закреплен на оси, а другой подпружинен, движок снабжен пружиной, закрепленной на основании, механизм включает также симметрично расположенные относительно оси пружины движка пятый и шестой фигурные рычаги, два верхних выступа которых в статическом состоянии контактируют соответственно со вторыми выступами на третьем и четвертом рычагах, вторые концы пятого и шестого рычагов закреплены на осях и в крайних положениях контактируют с вторым толкателем, два симметрично расположенных конца которого связаны с телами клапанов, управляющих сервоклапанами; входы сервоклапанов подключены к трубопроводу до исполнительного органа, а выходы к каналам управления струйным двигателем.

Такое выполнение регулятора обеспечивает ему при непрерывной работе датчика давления импульсный режим работы системы управления, что уменьшает влияние на ее работу загрязнения элементов рабочим телом. Кроме того, использование вместо электродвигателя струйного двигателя обеспечивает системе полную взрывобезопасность.

Авторам неизвестно использование указанной совокупности отличительных признаков в других технических решениях.

Принципиальная схема возможного варианта выполнения регулятора давления согласно изобретению изображена на чертеже.

Регулятор содержит чувствительный элемент, выполненный в виде поршня 1, размещенного в цилиндре 2, полость которого сообщается магистралью с трубопроводом после исполнительного устройства регулятора. Поршень 1 механически связан с рычагом 3, снабженным первым движком 4, упирающимся в рычаг 5, закрепленный на оси 6. Конец рычага 5, выполненный, например, в виде круглой или цилиндрической головки, входит в паз второго движка 7, закрепленного на оси 8, конец которого в статическом состоянии размещается между двумя первыми выступами 9 и 10 соответственно на двух симметрично размещенных рычагах 11 и 12. Движок 7 снабжен пружиной 13, закрепленной на основании. Регулятор снабжен двумя симметрично размещенными относительно оси пружины 13 рычагами 14 и 15, закрепленными одними концами на шарнирах 16 и имеющими выступающие упоры на других концах, которые в статическом состоянии контактируют соответственно с двумя другими выступами 17 и 18 на рычагах 11 и 12. Концы рычагов 11 и 12 подпружинены пружинами 19 и 20. Первые концы рычагов 14 и 15 снабжены выступами, соединенными с толкателями 21 и 21'. Каждый из толкателей 21 (21') выполнен в виде скобы, жестко связанной со штоком соответствующего запирающего элемента управляющего клапана 22 (или 23). Управляющий клапан 22 (23) содержит пружину 24, запирающий элемент 25 клапана и два седла, нижнее 26 и верхнее 27. Управляющие клапаны 22 (23) связаны с сервоклапанами 28 и 29, в каждом из которых поршень 30 подпружинен пружиной 31. Полость 32 сервоклапана 28 (29) через седло 27 клапана управления 22 (23) соединяется с атмосферой, а через седло 26 с магистралью питания. Полость 33 сервоклапана 28 (29) соединяется с магистралью питания. Запирающий элемент 34 открывает или закрывает проходное сечение сервоклапана.

Сервоклапаны 28 (29) подключены через полость 35 к каналам управления струйного двигателя 36, управляющего через механическую передачу (редуктор) 37 положением дросселирующего органа 38 в газовом трубопроводе.

Выходной вал двигателя 36 связан также через редуктор 37 с винтом 39, который через гайку 40 воздействует на пружину 41 обратной связи, служащую для возвращения рычага 5 в исходное положение. Винт 42 служит для изменения диапазона регулирования давления Р_рег путем перемещения движка 4 и изменения тем самым передаточного числа рычажного механизма.

Регулятор работает следующим образом.

При заданном давлении Р_рег элементы системы находятся в заданном положении.

При увеличении давления Р_рег поршень 1 цилиндра 2 движется вниз и через рычаг 3 и движок 4 поворачивает рычаг 5 по часовой стрелке относительно оси 6. При этом сжимается пружина 41.

Конец рычага 5 поворачивает движок 7 вокруг оси 8 от среднего положения, в котором последний удерживается двумя выступами 9 и 10 рычагов 11 и 12. При некотором повороте движка 7 против часовой стрелки последний поднимает рычаг 11 за счет выступа 9 и далее под действием пружины 13 скачком поворачивается в том же направлении и воздействует на рычаг 14, который при этом поворачивается против часовой стрелки.

Верхним выступом рычаг 14 заходит за выступ 17 рычага 11 и, отжимая пружину 19, удерживается в этом положении после возвращения рычага 11 в исходное положение.

Нижним концом рычаг 14 перемещает вверх толкатель 21 управляющего клапана 22, сжимая пружину 24 и освобождая ход запирающего элемента 25 клапана.

Запирающий элемент 25 под действием давления Р_п отходит от нижнего седла 26 и садится на верхнее седло 27. Газ под давлением Р_п поступает в полость 32 сервоклапана 28. Под действием давления Р_п поршень 30 сервоклапана перемещается и, сжимая пружину 31, открывает проход сжатого газа в один из каналов (ротор) струйного двигателя 36, который начинает вращаться. Вращение ротора через редуктор 37 передается на регулирующий орган 38 газозапорного устройства. Одновременно вращение ротора передается на винт 39, который, вращаясь, перемещает вверх гайку 40, которая сжимает пружину 41. При этом сила воздействия пружины на рычаг 5 возрастает и последний, преодолевая усилие, создаваемое давлением на поршень 1 регулятора давления на рычаг 5, через движок 4 поворачивает рычаг 5 против часовой стрелки.

При этом рычаг 5 поворачивает движок 7 по часовой стрелке. Движок 7 верхним концом нажимает на выступ 9 рычага 11. В результате рычаг 11 поднимается и выступ 17 освобождает верхнюю часть рычага 14, который под действием пружины 24 через толкатель 21 возвращается в исходное положение.

При этом под действием пружины 24 закрывающий элемент 25 клапана управления возвращается на седло 26. В результате полость 32 сервоклапана 28 через седло 27 соединяется с атмосферой, давление в ней падает и под действием давления Р_п и пружины 31 запирающий элемент 34 клапана 28 перекрывает проходное сечение сервоклапана. Подача газа в канал двигателя прекращается и привод останавливается при новом положении регулирующего органа 38.

Если давление Р_рег продолжает возрастать, происходит повторный цикл, регулирующий орган 38 поворачивается на большой угол, уменьшая дополнительно проход газа в трубопроводе.

При уменьшении давления Р_рег поршень 1 цилиндра 2 движется вверх и через рычаг 3 и движок 4 поворачивает рычаг 5 против часовой стрелки относительно оси 6.

Конец рычага 5 поворачивает движок 7 вокруг оси 8 от среднего положения. При некотором повороте движка 7 по часовой стрелке последний поднимает рычаг 12 за счет выступа 10 и далее под действием пружины 13 скачком поворачивается в том же направлении и воздействует на рычаг 15, который при этом поворачивается по часовой стрелке.

Верхним выступом рычаг 15 заходит за выступ 18 рычага 12 и, отжимая пружину 20, удерживается в этом положении после возвращения рычага 12 в исходное положение.

Нижним концом рычаг 15 перемещает вверх толкатель 21' управляющего клапана 23, сжимая пружину и освобождая ход запирающего элемента клапана 23. Запирающий элемент под действием давления Р_п отходит от нижнего седла и садится на верхнее седло. Газ под давлением Р_п поступает в полость сервоклапана 29. Под действием давления Р_п поршень сервоклапана перемещается и, сжимая пружину, открывает проход сжатого газа в другой канал струйного двигателя 36, который начинает вращаться в другую сторону. Вращение ротора через редуктор 37 передается на регулирующий орган 38 газозапорного устройства и одновременно на винт 39, который, вращаясь, перемещает гайку 40 вниз и, воздействуя на пружину 41 обратной связи, возвращает рычаг 5 в исходное положение. Рычаг 5 поворачивает движок 7 против часовой стрелки. Движок 7 верхним концом нажимает на выступ 10 рычага 12, в результате чего рычаг 12 поднимается и выступ 18 освобождает верхнюю часть рычага 15, который под действием пружины и толкателя 21' управляющего клапана 23 возвращается в исходное положение. При этом в исходное положение (т.е. на нижнее седло) возвращается закрывающий элемент клапана управления 23. В результате соответствующая полость сервоклапана 29 соединяется с атмосферой, и за счет перепада давления, действующего на поршень сервоклапана 29, запирающий элемент сервоклапана 29 перекрывает проходное сечение. Подача газа в канал двигателя прекращается, и привод останавливается при новом положении регулирующего органа.

Винт 42 служит для изменения диапазона регулирования давления Р_рег путем перемещения движка 4 и изменения тем самым передаточного числа рычажного механизма.

Рычажно-пружинный механизм сконструирован таким образом, чтобы обеспечивать импульсный режим работы элементов системы при непрерывной работе чувствительного элемента. Это существенно уменьшает загрязнение регулятора при работе на загрязненном и влажном рабочем теле. Использование струйного двигателя создает условие безопасной работы во взрывоопасной среде. Таким образом, данный регулятор сочетает в себе положительные качества регуляторов прямого и непрямого действия.

Все эти свойства предлагаемого устройства создают ему преимущества при использовании в промышленных газопроводах, работающих на неочищенном газе.

Формула изобретения

РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В ТРУБОПРОВОДЕ, содержащий исполнительный орган, выполненный в виде установленного в трубопроводе дросселирующего элемента, соединенного с двигателем, подключенным к выходу системы управления двигателем, вход которой соединен с датчиком давления, отличающийся тем, что в качестве двигателя используется струйный двигатель, датчик давления выполнен в виде цилиндра с поршнем и штоком, штоковая полость которого соединена с трубопроводом за дросселирующим элементом, а система управления двигателем включает в себя сервоклапаны, выходы которых подключены к соответствующим каналам управления струйного двигателя, а управляющие входы-соответственно к выходам клапанов управления сервоклапанами, а также регулятор включает рычажно-пружинный механизм управления клапанами управления, снабженный первым рычагом, закрепленным одним концом на оси и связанным со штоком поршня датчика давления, установленным на первом рычаге первым движком, контактирующим с вторым рычагом, один конец которого закреплен на оси, а другой, выполненный в виде тела вращения, расположен в пазу второго движка, конец которого в статическом состоянии размещен между первыми выступами соответственно на двух симметрично размещенных третьем и четвертом рычагах, один конец каждого из которых закреплен на оси, а другой подпружинен, второй движок снабжен пружиной, закрепленной на основании, рычажно-пружинный механизм содержит также симметрично расположенные относительно оси пружины второго движка первый и второй фигурные рычаги, каждый из которых имеет на одном конце выступ, контактирующий в статическом состоянии с соответствующим вторым выступом на третьем и четвертом рычагах, вторые концы первого и второго фигурных рычагов закреплены на осях и расположены с возможностью контакта в крайних положениях с толкателями, связанными с телами клапанов управления сервоклапанами, причем входы клапанов управления и сервоклапанов подключены к трубопроводу до дросселирующего элемента, кроме того, регулятор снабжен пружиной обратной связи, которая одним концом связана с вторым рычагом рычажно-пружинного механизма, а другим концом-через гайку, винт и механический редуктор с валом двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1