Регулятор давления газа

Союз Советсккн

Соцкалистическкн

Респубпкк

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.07.79 (21) 2790795/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 05 D 16/10

Геаударстеенный кемнтет йа делам нзобретеннй н атнрмтнй (53) УДК 621.646..3 (088. 8) Опубликовано 30.06.81. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 05.07.81 (72) Автор изобретения

Э. И. Савин (71) Заявитель (54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может применяться в различных отраслях промьгшленности и транспорта при понижении давления рабочей среды в пневматических системах и для поддержания величины пониженного давления с требуемой точностью.

Известен регулятор давления, содержащий корпус со входной и выходной полостями и седлом. В корпусе расположен подпружиненный дросселирующий клапан, связанный через толкатель с чувствИтельным элементом, нагруженным регулируемой пружиной. Пружина чувствительного элемента представляет собой витую пружину сжатия с кругль1м и постоянным по длине поперечным сечением витков. Ее упругая характеристика возрастающая прямолинейная, а коэффициент жесткости постоянный и не зависит от деформации 11):

При отсутствии давления рабочей среды на входе и выходе известного регулятора его чувствительный элемент до отказа поднят вверх, дросселирующий клапан максимально поднят над седлом и образует максимальное проходное сечение. При резкой подаче давления на вход устройства (например, через электропневмоклапан) оно сразу поступает на выход, так как чувствительный элемент из-за инерционности и действия сил трения запаздывает отреагировать на повышение давления в выходной полости. В результате этого происходит динамический заброс выходного давления регулятора, что является недостатком известного устройства.

Следующим недостатком известного регулятора является то, что при снижении вход1О ного давления до давления настроики и ниже чувствительный элемент при малейшем понижении (даже случайном) давления на выходе перемешает рабочий орган вверх (в сторону увеличения проходного сечения) .

При этом рабочая среда сбрасывается в выходную полость, питаемая пневмосистема оказывается без давления, что приводит к ее полному отказу. Этот случай может иметь место не только при прекращении подачи давления на вход регулятора, но и

31 при повреждении (разгерметизации) входной магистрали (трубопровода) . Все это ухудшает динамические характеристики редуктора.

842737

Наиболее близким к предлагаемому является редуктор давления, в корпусе которого с входной и вь|ходной полостями выполнено два седла с общим каналом, соединякицим вход с выходом регулятора, и установлены жестко связанные между собой к чувствительным элементом два клапана., один из которых является дросселкрующим, а второй — предохранительным (разобщающкм входную и выходную полости при черезмерном ПОВышении расхода гязя) . Дспслнительный (предохранительный клапан взаимо действует с подпружиченным штоком. выходящим нару.ку из корпуса. Чувствительный элемент известного регулятора подпружинен цилиндрической витой пружиной, коэффициент жесткости которой постоянный и не зависит от сжатия. Дополнительный клапан служит разобщению входвюй и выхсднои полости при черезмерном расходе через регулятор, что может иметь место наприvtQp., flpvi повреждении трубопровод в питаемой через регулятор системе. Для повторного включения в работу регулятора (после устранения поломки) так же, как и для первого пуска системы (при первой подаче давления на вход регулятора) необходимо Вручную нажать на толкатель дополнительнсгс клапана, отведя последнкй ст дополнительного седла и подав давление газа на чувствительный элемент (2) .

Недостатками известного регулятора являются невысокие динамические и эксплуатационные свойства, невысокая точность регулирования и узкий эксплуатационный диапазон настройки, сброс давления газавыхода на вход (обратное движение) при понижении выходного давления ниже давления настройки.

Невысокие динамические свойства регулятора проявляются в резком повышении выходного давления llpH резкой подаче давления газа на выход, При этом не исключены динамические забросы давления на выходе, xoTops!e могут иметь место и прк плавнси подаче высокого давления на вход. Все это обусловлено полным открь1тием основного (дросселирующего) клапана при отсутствии давления газа в выходнск полости и невозможностью ручным нажатием на шток клапанов обеспечить плавное открытие последних.

Необходимость для включения известного регулятора вручную нажимать толкатель предохранительного клапана снижает эксплуатационные свойства устройства и заметно сужает область его возможного использования. При этом не представляется возможным использовать регулятор в системах, управляемых дистанционно илH ав—.-оматкчески, а в системах, управляемых человеком, может порождать отказы из-за ошибок оператора.

Б

26 за

З

4О

4

Сброс газа = выхода на I!xoJT, (обратное

ДВИЖЕНИЕ) ООУСЛОВЛЕН ЖЕСТКИМ (НЕПОДВИЖным) креплением штока дросселирующего клапана с чувствительным элементом. При понижении давлеHHÿ газа на входе ниже давления настройки дополнительный (предохранительный) кля| ан, будучи жестко связанным с чувствительным элементом, не может перекрыть дополнительное седло.

Газ с выхода идет нз вход. Пс мере сброса газа с выходной полости на вход давление под мембрансй ум,— ьшае-,ся чтбвстви тельныи элеме IT поднимается ВВсрх, Откры вая Д1„-ссселирующий::, ззкрывая дсполнительн гй клапан Посл< пнкй сиде;; на седло и рязсбшит Выходную и Входную полости тОлькО при Полном сбрОсе нз выход выходного „";BBëåHHH.

Кроме того, известные Оегулятсры имеют узкий эксплуатационный диапазон настройки, что объслозленс псстсяннь:.;;Не заВисяшим Oт Величины сжатия КО:- жсзициCHTOM ЖЕСТКОСТИ ПРУХ-::ИНЫ ИХ ЧУВС: ВИТЕЛЬных элементов. Статическа.=-. погрешность работы редуктора пропорциональн" коэффициенту жесткости рабочей пружины и не зависит OT давления настройки (от величины сжаткя пружинь1) . To приводит к росту стносительнок .огрешности регулирования (отношение абсолютной погрешности к давленкю настройки) нри уменьшении настроечного давления, что ограничивает нижний предел регулирования. Стремление обеспечить треб емую относительную погрешность регулирования на низких выходных давлениях уменьшением коэффициента жесткости рабочей пружины в известном устройстве автоматически приводит к нонижени.о верхнего предела регулирования, ТЯК КЯК IPH ЭТОМ ПОУ ЖИНЯ СГЯНОВИТСЯ МЯЛОмощной и не способна уравновесить действуюшую н== чувствительный элемент силу высокого выходного давления. Постоянный коэффициент жесткости рабочей пружины известных регуляторов обеспечивает требуему о точность работы только в узком диапазоне настроечных давлений, за пределами этОГО диапазона точность регулироВяния низкая и не соотеетстВ; ет прел ьявляемым требсванкям.

Цель изобретения — — улучшение динамиеских характеристик, надежности и расширение диапазон настройки регулятора давления.

Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе давления газа, содержащем корпус, в котором установлены связанные между собой ocHQBHoH H дополнительный клапаны, соединенные толкателем с чувствительным элементом, связанным с пружиНой ЗЯДЯНИя, ДОПОЛНИТЕЛЬНый КЛЯПан уСТЯновлен с зазором относительно седла, а Tîëкатель установлен с возможностью осевого перемещения относительно чувствительчого

842737

5а

55 элемента, причем пружина задания выполнена с возрастающей жесткой нелинейной упругой характеристикой.

На чертеже представлен продольный разрез, регулятор давления газа.

Регулятор давления газа содержит корпус 1 с седлом 2, входной 3 и выходной 4 полостями. В корпусе установлен основной клапан 5 с пружиной б и толкателем 7, взаимодействующим с чувствительным элементом 8, нагруженным рабочей пружиной 9, сжатие которой регулируется винтом 10 через тарель 11. Чувствительный элемент 8 может быть поршнем или мембраной. Пружина 9 задания имеет жесткую нелинейную возрастающую упругую характеристику, что может быть достигнуто выполнением ее с переменным шагом, с переменной площадью поперечного сечения витков, фасонной (конической, параболоидной, телескопической) или другой. На чертеже пружина 9 выполнена конической.

С противоположной стороны седла 2 в выходной полости 4 выполнено дополнительное седло 12, а на толкателе 7 основного клапана 5 установлен дополнительный клапан 13. При отсутствии давления на входе и выходе регулятора между седлом 12 и клапаном 13 образована небольшая щель.

Корпус 1 закрыт стаканом 14, газ во входную полость 3 подводится через входной патрубок 5, а через выходной патрубок 16 газ отводится из выходной полости 4 регулятора в пневмосистему.

Регулятор давления газа работает следующим образом.

В исходном положении пружина 9 задания сжата винтом 10 через тарель 11.

Чувствительный элемент 8 под действием пружины 9 опугцен до отказа (до ограничителя в корпусе) вниз. Клапан 5 через толкатель 7 чувствительным элементом 8 опущен вниз, между клапаном 5 и седлом 2 образовано максимальное проходное сечение. Дополнительный клапан 13 образует с дополнительным седлом 12 небольшую щель. Газ высокого давления по патрубку 15 подается во входную полость 3 регулятора, из которой через щель между дополнительным седлом 12 и клапаном 13 поступает в выходную полость 4. В щели между седлом 12 и клапаном 13 газ дросселируется, его давление понижается, чем обеспечивается плавное повышение давления в выходной полости регулятора. Давление газа в выходной полости 4 повышается, по мере повышения давления на выходе регулятора чувствительный элемент 8 поднимается вверх, сжимая пружину 9 задания. При этом проходное сечение между седлом 12 и клапаном 13 плавно увеличивается, а зазор между основным клапаном 5 и седлом 2 уменьшается. Как только клапан 13 поднимается над седлом 12 настолько, что щель между ними будет больше про5

35 за

25 за

4а

45 ходного канала (канала седла 2 или 12), т.е. когда клапан 13 перестанет быть регулирующим (дроссеелирующим), в работу вступит клапан 5. С этого момента проходное сечение регулятора определяется подъемом клапана 5 над седлом 2. Газ из полости 3 поступает в полость 4, дросселируясь в щели между клапанами 5 и седлом 2. Если выход из регулятора закрыт, то при определенном давлении в полости 4 (давлении настройки в статике), чувствительный элемент 8 поднимается вверх, настолько сжав пружину 9, что клапан 5 сядет на седло 2, разобщая входную 3 и выходную 4 полости. При отборе газа в объем за регулятором выходное давление (давления в полости 4) и сила его воздействия на поршень 8 снижаются.

Это приводит к опусканию чувствительного элемента, открытию клапана 5 и дросселированию газа в образовавшейся щели между клапаном и седлом. Давление в полости 4 с. ова повышается, и при некотором его значении между силами, действующими на подвижную систему регулятора, устанавливается динамическое равновесие, соответствующее определенному расходу газа. Если расход газа изменяется, то новое равновесие наступает при другой величине дросселирующей щели.

При черезмерном повышении отбора газа в объем за регулятором (например, при повреждении трубопровода в питаемой пневмосистеме) давление газа в полости 4 резко понижается, поршень 8 максимально опускается вниз, клапан 13 образует с седлом 12 минимальное проходное сечение. Сброс газа через регулятор значительно уменьшается, чем исключаются неоправданные потери рабочей среды до устранения нец правности или до перекрытия магистрали.

При понижении давления газа во входной полости 3 ниже давления настройки давление в полости 4 становится выше входного, и клапан 13 давлением газа прижимается к седлу 12, разобщая входную и выходную полости. Этим предотвращается сброс рабочего давления из питаемой регулятором пневмосистемы во входную полость. Система зг регулятором остается под давлением. При этом шток 7 отрывается от поршня 8, который под действием выходного давления остается в поднятом положении.

Нагружение чувствительного элемента пружиной 9 с жесткой нелинейной возрастающей упругой характеристикой, у которой коэффициент жесткости увеличивается при увеличении сжатия, обуславливает то, что при увеличении давления настройки (при увеличении сжатия пружины 9) жесткость рабочей пружины увеличивается. Абсолютная погрешность регулятора при этом также увеличивается. Однако относительная погрешность при этом или уменьшается, 842737

7 или остается неизменной, В результате весь диапазон сжатия рабочей пружины используется для регулирования давления, эксплуатационный диапазон настройки значительно расширяется

Предлагаемый регулятор давления газа имеет улучшенные динамические характеристики. Он исключает резкие динамические забросы выходного давления на вход, в выходной полости регулятора давление повышается плавно во всех случаях. При черезмерном увеличении расхода проходное сечение регулятора уменьшается до минимального, чем исключается неоправданный сброс рабочей среды при резкой разгерметизации пневматической системы, питаемой сжатым газом через регулятор. При снижении входного давления до давления настройки и ниже в регуляторе исключено обратное движение газа.

При этом дополнительный клапан разобщает входную и выходную полости. В результате давление с питаемой пневмосистемы не снижается, она остается работоспособной. Все это, помимо улучшения динамических свойств регулятора, повышает надежность работы питаемой им пневмосистемы.

Кроме того регулятор обеспечивает значительное повышение точности поддержания требуемой величины выходного (пониженного) давления и ощутимое расширение эксплуатационного диапазона настройки, что обусловлено выполнением пружины чувствительного элемента с жесткостью, зависящей от сжатия. При низких давлениях настройки сжатие пружины мало, коэффциент жесткости также мал, отклонение выходного давления от номинального не превышает допустимую величину. При

8 увеличении давления настройки коэффициент жесткости рабочей пружины задания увеличивается, относительная же погрешность регулирования или не изменяется, или даже уменьшается. В результате становится возможным использовать для регулирования весь диапазон сжатия рабочей пружины.

Расширение диапазона настройки позволяет значительно уменьшить число типов используемых регуляторов, расширяет область использования регулятора и создает благоприятные условия для стандартизации и унификации устройств пневмоавтоматики.

Формула изобретения

1. Регулятор давления газа, содержащий корпус, в котором установлены связанные между собой основной ц дополнительный клапаны, соединенные толкателем с чувствительным элементом, связанным с пружиной задания, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик и надежности регулятора, в нем дополнительный клапан установлен с зазором относительно седла, а толкатель установлен с возможностью осевого перемещения относительно чувствительного элемента.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона настройки регулятора, в нем пружина задания выполнена с возрастающей жесткой зо нелинейной упругой характеристикой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 582501. кл. G 05 D 16/10, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 70569, кл. G 05 D 16/06, 1942 (прототип).

84273Т

Составитель Л. Подшибнхин

Редактор Ю. Середа Техред А. Бойкас Корректор В. Бутяга

Заказ 5098/57 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытиЙ

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4