Управляющее устройство регулятора давления газа

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в газопроводном транспорте для управления исполнительными устройствами регуляторов давления газа. Поставленная цель достигается тем, что управляющее устройство регулятора давления газа, содержащее корпус с управляющей и контрольной камерами, элемент настройки, связанный с чувствительным элементом, втулку, соосно расположенные впускной и выпускной клапаны и шток, выполненный в виде трубчатого седла выпускного клапана, согласно изобретению дополнительно снабжено стабилизатором перепада, выход которого является входом в впускной клапан, шариковым замком, взаимодействующим с регулируемым усилием с втулкой, жестко связанной с седлом впускного клапана и установленной с возможностью перемещения на величину рабочего хода чувствительного элемента, который выполнен в виде двух концентрично расположенных поршней, внутренним и внешним, с уплотнениями между ними и корпусом, внутренний поршень жестко связан с трубчатым седлом выпускного клапана и содержит упор для внешнего поршня, рабочий ход которого ограничен упором в корпусе, элемент настройки выполнен в виде блока последовательно установленных пружин разной жесткости, а впускной и выпускной клапаны выполнены шаровыми. 1 ил.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано в газопроводном транспорте для управления исполнительными устройствами регуляторов давления газа.

В настоящее время на объектах магистральных газопроводов давление газа находится в практическом диапазоне 0,1 - 7,5 МПа и соответственно возрастает при вводе в эксплуатацию газопровода "Ямал-Европа" на давление P_y 10,0 МПа. Экономическая целесообразность обуславливает потребность в унифицированных регуляторах давления газа и управляющих устройствах, обеспечивающих регулирование с заданной точностью в условиях высоких входных и всего диапазона от низких до высоких выходных давлений газа.

Известно управляющее устройство регулятора давления газа [1] , обеспечивающее высокую точность регулирования, в котором проблемы, связанные с высоким входным давлением P₁ и его колебаниями, решаются использованием в составе управляющего устройства стабилизатора перепада давления. Возможность повышения этим устройством управляющего давления, а, соответственно, и выходного давления P₂ исполнительного устройства ограничена прочностными свойствами чувствительного элемента - мембраны.

В известном устройстве [2] в целях повышения надежности с сохранением высокой чувствительности, чувствительный элемент выполнен в виде поршня, содержащего фторопластовую втулку с резиновым уплотнением, взаимодействующую с резиновым кольцом, покрытым фторопластом и установленным в корпусе. Таким образом создается поршневой чувствительный элемент с парой трения фторопласт - по фторопласту с эффектом мембранного чувствительного элемента. Вместе с тем, из-за высокого коэффициента термического расширения и псевдотекучести фторопласта, с течением времени проявляются деформационные процессы, снижающие надежность уплотнения.

Известен усилитель давления газа [3], принятый авторами за прототип, в котором выходное давление P₂ исполнительного устройства регулятора подается на чувствительный элемент усилителя и сравнивается с усилием задающей пружины, при этом взаимодействующие с чувствительным элементом впускной и выпускной клапаны формируют управляющее давление P_упр, подаваемое в управляющую полость исполнительного устройства. Возможность повышения известным усилием выходного давления P₂ исполнительного устройства ограничена такой величиной, при которой вследствие роста усилия задающей пружины ее размеры при сохранении жесткости, обеспечивающей заданную точность регулирования, останутся конструктивно приемлемыми.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение точности и надежности управляющего устройства.

Поставленная цель достигается тем, что управляющее устройство регулятора давления газа, содержащее корпус с управляющей и контрольной камерами, элемент настройки, связанный с чувствительным элементом, втулку, соосно расположенные впускной и выпускной клапаны и шток в виде трубчатого седла выпускного клапана, согласно изобретению дополнительно снабжено стабилизатором перепада, выход которого является входом во впускной клапан, шариковым замком, взаимодействующим с регулируемым усилием с втулкой, жестко связанной с седлом впускного клапана и установленной с возможностью перемещения на величину рабочего хода чувствительного элемента, который выполнен в виде двух концентрично расположенных поршней - внутренним и внешним с уплотнениями между ними и корпусом, внутренний поршень жестко связан с трубчатым седлом выпускного клапана и содержит упор для внешнего поршня, рабочий ход которого ограничен упором в корпусе, элемент настройки выполнен в виде блока последовательно установленных пружин разной жесткости, а впускной и выпускной клапаны выполнены шаровыми.

На чертеже схематично изображено управляющее устройство. Оно содержит корпус 1 с входным каналом 2, стабилизатор перепада 3 с поршнем 4, пружиной 5 и выходной камерой 6, жестко связанные между собой и направляющей 7, соосно расположенные подпружиненные впускной 8 и выпускной 9 шаровые клапаны, жестко связанную с седлом впускного клапана втулку 10, содержащую кольцевую проточку 11 и уплотнение 12, шариковый замок с шариком 13, пружиной 14 и регулировочной втулкой 15, чувствительный элемент, выполненный в виде внутреннего поршня 16 и концентрично к нему расположенного внешнего поршня 17, шток 18, выполненный в виде трубчатого седла выпускного клапана и жестко связанный с внутренним поршнем, управляющую 19 и контрольную 20 камеры с перегородкой 21 между ними, управляющий 22, контрольный 23 каналы, канал перенастройки редуктора перепада 24, упоры 25 на внутреннем поршне и 26 в корпусе, элемент настройки с блоком задающих пружин 27 и 28, опорной шайбой 29, втулкой 30 и регулировочным винтом 31.

Управляющее устройство работает следующим образом. Давление газа P₁ с входа исполнительного устройства поступает к входному каналу 2 и при прохождении через дросселирующий орган стабилизатора перепада 3 снижается в выходной камере 6 до величины, определяемой усилием пружины 5 на площадь поршня 4. Затем через впускной клапан 8 газ поступает в управляющую камеру 19, откуда через управляющий канал 22 - в управляющую полость привода исполнительного устройства, затвор которого открывается и газ поступает на выход. С выхода исполнительного устройства газ по трубопроводам обвязки поступает в другую полость привода и контрольный канал 23 управляющего устройства. Усилие от давления газа в контрольной камере 20 на чувствительный элемент сравнивается с усилием пружины элемента настройки, которое регулируется винтом 31, при этом в управляющей камере 19 при прохождении газа через впускной клапан 8 формируется управляющее давление P_упр, при котором обеспечивается баланс сил на чувствительном элементе привода исполнительного устройства и заданная величина выходного давления P₂. При установившемся режиме в камере 20 будет давление P₂, а в камере 6 за счет поступления давления P₂ по каналу 24 в полость пружины 5 установится давление, равное сумме давления P₂ и давления от усилия пружины 5 на площадь поршня 4 стабилизатора перепада.

Уменьшение (увеличение) давления P₂, вызванное изменением расхода газа потребителем, приводит к изменению давления в камере 20. Чувствительный элемент приходит в движение, открывая клапан 8 (клапан 9). Управляющее давление в камере 19 увеличивается (уменьшается), что приводит к изменению положения затвора исполнительного устройства и, как следствие этого, к восстановлению давления P₂ до первоначального уровня. При этом чувствительный элемент снова приходит в исходное положение, впускной 8 и выпускной 9 клапаны закрываются.

При работе управляющего устройства в составе регулятора с низкими и средними давлениями P₂, например на газораспределительных станциях, шарик 13 шарикового замка натяжением пружины 14, отрегулированным вращением втулки 15, находится в проточке 11 втулки 10 и удерживает ее от перемещения под действием усилия от перепада давлений в камерах 6 и 19. Внешний поршень 17 находится на упоре 25 внутреннего поршня 16 и оба поршня работают как единое целое, образуя чувствительный элемент с суммарной эффективной площадью обоих поршней и рабочим ходом (равным сумме ходов впускного и выпускного клапанов), ограниченным упором 26 в корпусе.

Из блока пружин элемента настройки в диапазоне низких давлений P₁ в качестве задающей в пределах своего хода работает пружина 27 меньшего усилия и жесткости. На объектах с большим давлением P₂ после использования рабочего хода пружины 27, что происходит при упоре опорной шайбы 29 в опорную втулку 30, в работу дополнительно вступает пружина 28 с большим усилием. Последовательная установка задающих пружин (количество которых может быть и более 2-х) с постепенно увеличивающейся жесткостью повышает точность регулирования.

В процессе настройки управляющего устройства, работающего в составе регуляторов на высокие давления P₂, например на дросселирующих узлах подачи газа от магистрали с P_у 75 МПа в магистраль с P_у 6,3 МПа, под действием усилия от давления в выходной камере 6 стабилизатора перепада и в контрольной камере 20, превысившего отрегулированное значение, втулка 10 переместится до упора в перегородку 21, что соответствует рабочему ходу чувствительного элемента, внутренний поршень 16 и взаимодействующие с ним через трубчатое седло 18 клапаны 8 и 9 переместятся вверх на соответствующую величину, а внешний поршень 17 встанет в упор 26. Таким образом обеспечивается автоматическое переключение на работу чувствительного элемента с эффективной площадью внутреннего поршня.

Поскольку выраженная в единицах давления величина допуска на поддержание выходного давления P₂ (точность регулирования), задаваемая, как правило, в процентах от требуемого давления P₂, при высоких значениях P₂ соответственно увеличивается по сравнению с меньшими значениями, чувствительный элемент с эффективной площадью одного только внутреннего поршня при той же задающей пружине обеспечивает заданную точность.

Примененные в устройстве шаровые впускной и выпускной клапаны, в отличие от широко распространенных конусных или плоских, не чувствительны к перекосам, что повышает герметичность и надежность.

Уплотнения между внутренним и внешним поршнями и корпусом выполнены в виде установленных в поршень резиновых колец с фторопластовыми манжетами, а цилиндрические поверхности поршня и корпуса, контактирующие с манжетой, покрыты антифрикционным пленкообразующим составом ВАП [4]. Уплотнение с указанной парой трения по своей эффективности не уступает паре трения фторопласт по фторопласту и, в силу технологической простоты и надежности, по мнению авторов, заслуживает отражения в числе сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения, при этом, с целью сохранения единства изобретения, данные признаки не включены в формулу.

Источники информации, принятые во внимание: 1. Плотников В.М. и др.. Регуляторы давления газа, Ленинград, "Недра", 1982г., стр.87.

2. Патент РФ N 2031438 "Регулятор давления газа", авт. Котов Ю.И., по кл. G 05 D 16/00.

3. А.с. N 1246061 "Усилитель давления газа", авт. Ермаков В.Ф., Железный В.А., по кл. G 05 D 16/06.

4. Инструкция N 853-75. "Приготовление антифрикционных пленкообразующих составов ВАП-1, ВАП-1г, ВАП-2, ВАП-3 и нанесение их на поверхности деталей, работающих на трение", стр. 1 - 9.

Формула изобретения

Управляющее устройство регулятора давления газа, содержащее корпус с управляющей и контрольной камерами, элемент настройки, связанный с чувствительным элементом, втулку, соосно расположенные впускной и выпускной клапаны и шток, выполненный в виде трубчатого седла выпускного клапана, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено стабилизатором перепада, выход которого является входом в впускной клапан, шариковым замком, взаимодействующим с регулируемым усилием с втулкой, жестко связанной с седлом впускного клапана и установленной с возможностью перемещения на величину рабочего хода чувствительного элемента, который выполнен в виде двух концентрично расположенных поршней - внутреннего и внешнего с уплотнениями между ними и корпусом, внутренний поршень жестко связан с трубчатым седлом выпускного клапана и содержит упор для внешнего поршня, рабочий ход которого ограничен упором в корпусе, элемент настройки выполнен в виде блока последовательно установленных пружин разной жесткости, а впускной и выпускной клапаны выполнены шаровыми.

РИСУНКИ

Рисунок 1