Регулятор давления газа

 

(72) Авторы нзобретення

В.N.Nåëüíèêîâà и P.Ø.Ïåðëîâñêèé (7l) Заявнтель (54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Изобретение относится к автомати-1 ческим регуляторам и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами и экспериментальнымл исследованиями, где требуется высокая точность стабилизации давления в широких диапазонах изменения величин расходов.

Известен регулятор давления потока газа, имеющий элемент сравнения, задатчик давления, регулятор давления прямого действия с глухой и проточной камерами, разделенными чувствительным элементом. В проточной камере регулятора расположены сопло и связанная с чувствительным элементом заслонка. Регулятор соединен с нагрузкой газовой линией jl ) .

Точность такого регулятора не- высока, так как у него значительная статистическая погрешность и кроме того, на малых расходах возникает погрешность, обусловленная внедрением сопла в эластичную заслонку. Кроме того, в случае изменения значения регулируемого давления при малых величинах расходов возникают переходные процессы с недопустимо большой длительностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является регулятор давления потока газа, содержащий регулятор давления прямого действия, элемент .сравнения, одна из камер которого подключена к каналу задания, а другая подключена к нагрузке и через первый пере15 менный дроссель, установленный на ,газовой магистрали, к проточной камере регулятора давления прямого действия. Камеры элемента сравнения, 20 расположенные между мембранами с меньшей эффективной площадью соеди« иены между собой через второй переменный.дроссель и непосредственно через переключатель с глухой камеЭ

932473

2О рой регулятора давления прямого действия, причем одна из указанных камер элемента сравнения соединена через сопла с атмосферой и через постоянный дроссель с каналом питания, другая камера выполнена глухой f 2).

В этом регуляторе давления потока газа сравнение заданного и регулируемого давления происходит с погрешностью за счет зоны нечувствительности элемента сравнения. Кроме того, имеется невоспроизводимость показаний. за счет гистерезиса мембраны.

В виду этого известный регулятор не может быть использован в качестве регулятора малых давлений и разрежении.

Цель изобретения — повышение точности поддержания давления, а также расширения диапазона регулирования за счет обеспечения возможности регулирования малых давлений, абсолютного давления, атмосферного давления и разрежений.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор давления газа, содержащий задатчик давления, элемент сравнения, регулятор давления прямого действия, состоящий из глухой, связанной с выходом элемента сравнения, камеры, и проточной камеры, . связанной через первый переменный дроссель нагрузкой, сопла регулятора давления прямого действия размещено в проточной камере и сопряжено с заслонкой, связанной с чувствительным элементом, и подключено к входному каналу, камеры элемента сравнения, распояоженные между мембранами с меньшей эффективной площадью и корпусом, соединены между собой через второй переменный дроссель, причем одна из указанных камер элемента сравнения соединена через сопла с атмосферой и через постоянный дроссель с каналом питания, а другая камера выполнена глухой, Йведены два повторителя со сдвигом, второй постоянный и третий переменный дроссели, причем глухая камера первого повторителя со сдвигом связана с выходом регулятора давления прямого действия, проточная камера первого повторителя со сдвигом соединена с задатчиком давления и через сопла — с камерой задания элемента сравнения, глухая камера второго повтори25

ЗО

Щ

55 теля со сдвигом подключена к первому каналу питания и через третий переменный дроссель к соплу первого по:вторителя со сдвигом, проточная камера второго повторителя со сдвигом связана через второй постоянный дроссель с вторым каналом питания и с камерой опорного давления элемента сравнения, а сопла второго повторителя со сдвигом .подключено к атмосфере.

Кроме того, в регуляторе установлен источник разрежения, связанный с проточной камерой регулятора прямого действия через нагрузку и с соплом задатчика давления.

На чертеже представлена схема регулятора давления газа.

Регулятор давления газа содержит регулятор 1 давления прямого действия с глухой 2 и проточной 3 камерами, разделенными чувствительным элементом 4, В проточной камере 3 регулятора расположены сопла 5 и связанная с чувствительным элементом 4 заслонка 6, а также настроечная пружина ?. Проточная камера 3 соединена каналом 8 с атмосферой через нагрузку 9. Регулятор давления потока газа содержит также элемент

10 сравнения, имеющий камеры задания 11, опорного давления 12, глухую 13 и проточную 14. Камера 14 соединена через сопла 15 с атмосферой и через постоянный дроссель 16 с источником питания. Камеры 13 и

14 соединены между собой переменным дросселем 17. Камера 13 соединена также с глухой камерой 2 регулятора 1 прямого действия.

Регулятор давления потока газа содержит также два повторителя давления со сдвигом, первый 18 из которых с глухой камерой 19, соединенной с каналом 8, содержит настроечную пружину 20. Проточная камера 21 этого павтдрителя разделена чувствительным элементом 22 с глухой камерой 19. Камера 21 соединена с задатчиком 23 давления непосредственно и через сопла 24 с кана лом 25 с камерой 11 задания элемента 10 сравнения, а через переменный дроссель 2о. с источником постоянного давления. Второй повторитель 27 со сдвигом включает глухую 28, содержащую настроечную пружину 29 и соединенную с источником постоянного давления, и проточную 30 камеры, разделенные чувствительным элементом

В случае подключения источника

34 разрежения к выходу дросселя 9 и задатчика 23 регулятор давления потока газа работает аналогично тому, как было описано выше, только при этом на чувствительном элементе

22 повторителя 18 со сдвигом уравновешиваются разрежения.

При изменении расхода газа через регулятор 1 прямого действия путем изменения сечения нагрузки

9 давление перед этой нагрузкой

5 93247

31. Камера 30 соединена с камерой

12 опорного давления и через постоянный дроссель 32 с источником питания, а через сопло 33 с атмосферой

Регулятор давления потока газа 5 может быть также снабжен источником

34 разрежения, подключенным к выходу нагрузки 9 и к выходу задатчика давления 23.

Регулятор давления работает следующим образом.

Газ подается на входной штуцер регулятора 1 прямого действия и с его выхода подаеч ся на нагрузку

9. В элементе 10 сравнения происхо- 15 дит сравнение давлений в камере 11 задания и опорного давления 12, яв-. ляющегося постоянным. Давление задания формируется между переменным дросселем 26 и переменным сопротив- 20 левием, образованным соплом 24 и чувствительным элементом 22 повторителя 18 со сдвигом, При этом незначительное изменение давления задания в проточной камере 21 вызыва- 25 ет значительное изменение давления в камере 11 задания элемента 10 сравнения. Опорное давление в камере 11 элемента 10 сравнения подается повторителем 27 с отрицательным сдви- зо гом, поэтому давление в камере 11 оказывается меньше, чем давление перед переменным дросселем 26. В зависимости от знака рассогласования величин давлений в камере 11 за- З5 дания и 12 опорного давления происходит перемещение мембранной сборки элемента !0 сравнения вверх илн вниз.

При этом возникает скачкообразное изменение выходного сигнала в камере 40

14 Р> ВЬЮ=К РЭМ, rpe ВХ=Рц-P

Пневматический выходной сигнал с элемента 10 сравнения через переменный дроссель 17 поступает в глухую камеру 2 регулятора 1 прямого действия,.

Давление газа на выходе регулятора 1 в канал 8 равно сумме давлений в камере 2 и настроечной пружины 7. Давление с выхода регулятора

1 попадает в камеру 19 повторителя

18 со сдвигом, где уравновешивается с давлением задания в камере 21.

Пружина 20 позволяет корректировать положение равновесия. Переменный

3 6 дроссель 17 служит для увеличения нли уменьшения скорости изменения выходного сигнала с элемента 10 сравнения. Коэффициент усиления К регулятора давления потока rasa может достигать нескольких тысяч и настраиваться дросселем 26. Р

М gp>b+ (5blX X3cg б „)

Равновесие в системе регулирования наступает тогда, когда достигается равенство давлений в камерах

19 и 21 повторителя 18 со сдвигом и равенство давления в камерах 11 и 12 элемента 10 сравнения.

Рассмотрим работу предлагаемого регулятора при изменении давления задания от 0 до 1 кгс/см в камере

21 задатчиком 23 давления. При этом чувствительный элемент 22 повторителя 18 со сдвигом приоткрывает щель между соплом 24 и заслонкои,укрепленной на чувствительном элементе

22, тогда давление в камере 11 задания элемента 10 сравнения уменьшается, мембранная сборка элемента 10 сравнения перемещается вниз, при-. крывая сопло 15, давление на выходе дросселя 17, а следовательно, в камере 2 регулятора 1 прямого действия, ив канале: 8 начинает увеличиваться, также начинает увеличиваться давление в камере 19 повторителя 18 со сдвигом, которое давит на чувствительный элемент 22, прикрывая сопло 24 до тех пор, пока давление в камере 19 не становится равным давлению в камере 21, а это возможно только тогда, когда давление в камерах 11 и 12 элемента 10 сравнения равны между собой.

Давление задания может задаваться любым задатчиком 23, в том числе задатчиком абсолютного давления, а также может быть равным атмосферному.

93247

30 жестко держится постоянным и равным заданному давлению в камере 21.

Наличие в регуляторе потока газа двух повторителей со сдвигом позволяет свести ошибку в поддержании заданного давления к нулю, а также расширить диапазон применения путем введения регулирования малых давлений, близких к нулю, атмосферного давления и разрежений.

По сравнению с базовым объектом— регулятором давления РПД-1И вЂ” в предлагаемом регуляторе также расширен диапазон регулируемых давлений и повышена точность их регулирования.

Формула изобретения

Регулятор давления газа, содержащий задатчик давления, элемент сравнения, регулятор давления прямого действия, состоящий из глухой, связанной с выходом элемента сравнения, камеры, и проточной камеры, связанной через первый переменный дроссель с нагрузкой, сопло регулятора давления прямого действия размещено в проточной камере, сопряжено с заслонкой, связанной с чувствительным элементом,и подключено к входному каналу, камеры элемента сравнения, расположенные между мембранами с меньшей эффективной площадью и корпусом, соединены между собой через второй переменный дроссель, причем одна из указанных камер элемента сравнения соединена через сопло с атмосферой и через постоян3 8 ный дроссель — с каналом питания, а другая камера выполнена глухой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона регулирования, в нем установлены два повторителя со сдвигом, второй постоянный и третий переменный дроссели, причем глухая ,камера первого повторителя со сдви гом связана с выходом регулятора давления прямого действия, проточная камера первого повторителя со сдвигом соединена с задатчиком давления и через сопло - с камерой задания элемента сравнения, глухая камера второго повторителя со сдвигом подключена к первому каналу питания и через третий переменный дроссель к соплу первого повторителя со сдвигом, проточная камера второго повторителя со сдвигом связана через второй постоянный дроссель с вторым каналом питания и с камерой опорного давления элемента сравнения, а сопло второго повторителя со сдвигом подключено к атмосфере.

2. Регулятор по п, 1, о т л и— чающий с я тем, что в нем установлен источник разрежения, связанный с проточной камерой регулятора прямого действия через нагрузку и с соплом задатчика давления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фудим E.Á, Пневматическая вычислительная техника. М., "Наука", 1973, с. 80.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Ф 744495, кл. G 05 D 16/06, 1978 (прототип) .

932473

Составитель О.Гудкова

Редактор Е.Папп Техред Е. Харитончик .:орректор H,Ñòåö.Заказ 3783 68 Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент, .r. Ужгород, ул. Проектная, 4