Регулятор давления потока газа

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5) М,Кл.а б 05 О 16/06 Государетееииый комитет Опубликовано 30.06.80. Бюллетень Ж 24Дата опубликования описания 05.07.80(53) УДК 621-525 (088,8) до делам иэооретеиий и открытий(54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ПОТОКА ГАЗА 1Изобретение относится к автоматическимсистемам регулирования давления газа и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами и экспериментальными исследованиями, где требуется высокая точность стабилизации давления и изменение величин расходов в широких пределах (например 10 - 10000 л/ч или 0,1 - 100 л/ч).Известен регулятор давления прямого действия, содержащий глухую и проточную камеры, разделенные чувствительным элементом, и имеющий широкий диапазон расходов.В проточной камере регулятора расположены сопло и связанная с чувствительным элементом заслонка. Регулятор соединен с нагрузкой газовой линией П). Точность такого регулятора невысока, так как у него значительная статическая неравномерность, вызванная перемещением чувствительного элемента и пружины, и, кроме того,на малых расходах возникает погрешность, обусловленная внедрением сопла в эластичную заслонку. Кроме того, в случае необходимости изменения значения 2регулируемого давления при малых величинах расходов возникают переходные процес.сы с недопустимо большой длительностью.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является регулятор давления потока газа, содержащий элемент сравнения, одна из камер которого подключена к каналу задания, регулятор давления прямого действия, состоящий из глухои и проточной, подключенной к входному каналу, камер, разделенных чувствительным эле ментом с заслонкой сопла, размещенного впроточной камере, и газовую магистраль 12).Цель изобретения - повышение точности и расширение рабочего диапазона регулятора.Указанная цель достигается тем, что врегуляторе давления потока газа установле.ны переменные н постоянный дроссель и переключатель, а элемент сравнения подключен другой камерой к нагрузке н через первый переменный дроссель, установленный на газовой магистрали, к проточной камере регулятора давления прямого действия, ка..меры элемента сравнения, расположенные между мембранами с меньшей эффективной площадью и корпусом, соединены между со/бой через второй переменный дроссель и непосредственно через переключатель с глухой камерой регулятора давления прямого действии, причем одна из указанных камер элемента сравнения соединена через сопло с атмосфсрой и через постоянный дроссель с каналом питания, а другая камера выполнена глухой, а также тем, что в нем установлен подпружиненный конденсатор, один из входов которого соединен с глухой камерой регулятора давления прямого действия, а другой с газовой магистралью между первым переменным дросселем и нагрузкой.На чертеже представлена принципиальная схема регулятора давления.Регулятор содержит регулятор давленияпрямого действия с глухой 2 и проточной 3 камерами, разделенными чувствительным. элементом 4. В проточной камере 3 регуляторарасположены сопло 5 и, связанная с чувствительным элементом 4, заслонка 6, а такм.е настроечная пружина 7. Он снабжен элементом 8 сравнения, имеющего камеру 9 задания, подключенную к каналу задания Рз, камеру О, подключенную к газовой магистрали 11 за переменным дрос. селем 12. Элемент 8 сравнения имеет также глухую 13 и проточную 14 камеры. Проточная камера 14 соединена через сопло 15 с атмосферой и через постоянный дроссель 6 с каналом питания, Камеры 13 и 4 подключены к двум клеммам переключателя 7 и соединены между собой переменным дросселем 18. Третья клемма переключателя 17 подсоединена к глухой камере 2 регулятора 1,Регулятор 1 давления снабжен также подпружиненным конденсатором 19, имею. щим два фланца 20 и 21, разделенные мембранной перегородкой 22. Одним из входов (полостью, заключенной между мембранной перегородкой 22 и верхним фланцем) подпружиненный конденсатор 19 подключен к линии, соединяющей переключатель 17 с глухой камерой 2 регулятора 1. Другим входом (полостью, заключенной между мембранной перегородкой 22 и нижним фланцем 21) подпружиненный конденсатор 19 подключен к газовой магистрали 11 за переменным дросселем 12.Регулятор давления газа работает следующим образом.Газ подается на входной штуцер регулятора 1 прямого действия и после прохождения через переменный дроссель 12 поступает на нагрузку. На элементе 8 сравнения происходит сравнение величин давления задания и давления газа в линии, соединяющей переменный дроссель 12 и нагрузку, В зависимости от знака рассогласования величин давления задания и давления газа происходит. перемещение мембранной сборки элемента 8 сравнения вверх или вниз. При этом в камере 4 элемента 8 сравнения, которая через сопло 15 связана с атмосферой, а через постоянный пневматическийдроссель 6 - - с источником питания сжатым воздухом, происходит соответственноуменьшение или увеличение давления сжатого воздуха до такого значения, при котором силы, действуюц 1 ие на мембраннуюсборку элемента 8 сравцеция,уравновесятся.Пневматический выходной сигнал с элемента 8 сравнения через переключатель 7поступает в глухую камеру 2 регулятора 1прямого действия, являющуюся задающейф камерой регулятора. Давление газа на выходе регулятора 1 прямого действия равносумме давлений задания и постоянной величины, устанавливаемой настроечной пру.жиной 7.В зависимости от положения переключателя 17 в регуляторе регулирования давления реализуется ПИ или И - закон регулирования. Так, если переключатель 7 находится в нижнем положении реализуетсяПИ - закон регулирования. Г 1 ри появлении20 на входах в элементе 8 сравнения скачкообразного возмущения в виде разности давлений задания и переменной ЬРВ, на выходе элемента 8 сравнения возникает скачкообразное изменение выходного сигнала ЬР == ЬР К, где К = ГД (Г - эффективныеплощади ссютветственно большой и малоймембраны элемента 8 сравнения).Затем выходной сигнал АР продолжает меняться со скоростью, определяемойнастройкой переменного дросселя 18 до но 36 вого равновесного положения всей системырегулирования, Переменный дроссель 8 играет роль дросселя изодрома,В случае, если коэффициент К окажетсянедопустимо велик, его значение можноуменьшить путем перекрытия переменногодросселя 12, имеющего роль дросселя диапа.зона дросселирования.В случае, если переключатель 7 находится в верхнем положении, реализуется И -закон регулирования. При этом регуляторподходит к равновесному положению плавно, без скачков, однако-время переходногопроцесса увеличивается, по сравнению современем переходного процесса при ПИ - регулирования.В случае изменения нагрузки (уменьше- ние или увеличение расхода) на элементе 8сравнения появляется разность значенийдавлений газа и задания, это приводит кизменению давления сжатого воздуха в камере 2 регулятора 1 прямого действия, чтовызывает изменение давления газа ца входев дросселе 12. Это вызывает соответственноизменение расхода через дроссели 12, покане установится новое равновесное положение. Равновесие возникает, когда давлениегаза перед нагрузкой равно давлению зада.н ния сжатого воздуха в камере 9 элемента8 сравнения,Подпружиненный конденсатор 19 при малых динамических выбегах це принимаетучастия в работе системы регулирования давления. Усилие пружины конденсатора 19 выбирается таким образом, что в установившемся режиме его мембрана 22 находится в крайнем нижнем положении, так что объем между мембраной 22 и нйжним фланцем 21 равен нулю,Рассмотрим работу предлагаемого регулятора при скачкообразном изменении давления задания от 1 кГс/см до 0,2 кГс/см. При этом в камере 2 регулятора 1 прямого действия и в верхней камере конденсатора 19 давление надает до О,регулятор 1 прямого действия закрывается. Мембрана 22 подпружиненного конденсатора 19 занимает крайнее верхнее положение, так что объем между мембраной 22 и нижним фланцем 21 является максимальным. Давление газа в линии 11 перед нагрузкой резко падает, Максимальный объем конденсатора 19 вы. бирается таким, чтобы отношение этого объема к суммарному объему линии 11 между переменным дросселем 12 и нагрузкой и вредным объемом конденсатора 19 (объем конденсатора при крайнем нижнем положении мембраны 22) равнялось отношению значений абсолютных давлений при максимально допустимых скачках давления задания.Таким образом, если необходимо, чтобы давление газа перед нагрузкой могло скачкообразно меняться 1,0 - 0,2 кГс/см достаточно, чтобы максимальный объем конденсатора 19 вдвое превышал суммарный объем линии 11 между сопротивлением дросселя 12 и нагрузкой и вредный объем конденсатора 19. Отсутствие конденсатора 19 в регуляторе приводит к существенному увеличению времени переходного процесса.Так, при расходе 0,1 л/ч и при объеме газовой линии 11, равном О смз, давление перед нагрузкой падает от 1,0 до 0,2 кГс/смза время порядка 5 мин, а при наличии конденсатора 19 изменение давления осуществляется практически мгновенно. Формцла изобретения1, Регулятор давления потока газа, содержащий элемент сравнения, одна из камеркоторого подключена к каналу задания, реу гулятор давления прямого действия, состоя.щий из глухой и проточной, подключеннойк входному каналу, камер, разделенных чувствительным элементом с заслонкой сопла,размещенного в проточной камере, и газовую магистраль, отличающиися тем, что, сцелью повышения точности и расширениярабочего диапазона регулятора, в нем установлены переменные и постоянный дросселии переключатель, а элемент сравнения подключен другой камерой к нагрузке и черезпервый переменный дроссель, установленный на газовой магистрали, к проточнойкамере регулятора давления прямого действия, камеры элемента сравнения, располо.женные между мембранами с меньшей эффективной площадью и корпусом, соединены26 между собой через второй переменный дроссель и непосредственно через переключательс глухой камерой регулятора давления прямого действия, причем одна из указанныхкамер элемента сравнения соединена черезсопло с атмосферой и через постоянный дроссель с каналом питания, а другая камеравыполнена глухой,2. Регулятор по и. 1, отличающийся тем,что в нем установлен подпружиненный конденсатор, один из входов которого соединензе с глухой камерой регулятора давления прямого действия, а другой с газовой магистралью между первым переменным дросселеми нагрузкой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Техническое описание регулятораРПД - 1 М, 5 Б 2.573.090 П(;,2. Фудим Е. Б. Пневматическая вычислительная техника. М., Наука, 973,с. 227 (прототип).744495 О Составнтелн О. Текред К. Шуфр Тираж 956 ЦНИИПИ Государств по делам нзобре 13035, Москва, Ж Филиал ППП Патент г.Редактор Л. Долинина Заквэ 379312 Гудкованц КорПоднненного комтенай и от5, РауаскаяУжгород, у ректор Г. Наэаровасноентета СССРкрытаянаб., д. 45л. Проектная, 4