Регулятор давления газа

Союз СоеетскккСоциалистическиеРеспубпкк КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУта опубликования описания 05.07.8.Л,(Ффт;1и,1 д х 11г,(72) Автор изобретени И. Сави(например, че сразу поступа тельный эле действия сил ровать на по полости. В ре намический з гулятора, что ного устройст ектропневмоклапан) оно выход, так как чувствииз-за инерционности и я запаздывает отреагиие давления в выходной те этого происходит дивыходного давления рется недостатком известез эл т на мент трен вышен зульт аброс явля ва. Следующим недостатком извесОгулятора является то, что при снижного давления до давления настроже чувствительный элемент припонижении (даже случайном) давыходе перемешает рабочий орг(в сторону увеличения проходногоПри этом рабочая среда сбрасываходную полость, питаемая пневоказывается без давления, чток ее полному отказу. Этот случиметь место не только при преподачи давления на вход регулятЗ 1 при повреждении (разгерметизацной магистрали (трубопровода).ухудшает динамические характеридуктора. жет нии о и ходэто рест Изобретение относится к пневмоавтоматике и может применяться в различных отраслях промышленности 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 чувствятельным элементом, нагруженным регулируемой пружиной. Пружина чувствительного элемента представляет собой витую пружину сжатия с кругль 1 м 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 тного реении входйки и нималеишем вления на ан вверх сечения). ется в вымосистемаприводитай мо краше ора, н ии) вВсеНаиболее близким к предлагаемому является редуктор давления, в корпусе которого с входной ч вьходной полостями выполнено два седла с общим каналом, соединякРщим вход с выходом регулятора, и установлены жестко связанные между собой и чувствительным элементом два клапана., один из которых является дросселирующим, а второй - предох;. Знительным (разобщаюгцнм входную и выходную полости при чрезмерном повышении расхода газа). Ц,ополнительныЙ (предохранительный клапан взаимо действует с подпружиченным штоком, выходящим наружу из корпуса. Чувствитель. ный элемент известного регулятора подпружинен цилиндрической витой прунгиной, коэффициент жесткости которой постоянный и не зависит от сжатия. Дополнительный клапан служит разобщению входной и вы- н ходнои полости при чрезмерном расходе через регулятор, что может иметь место например., нри повреждении трубопровода 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 дополнительного клапана, отведя последний 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 газа с выхода на вход (обратное движение) при понижении выходного давления ниже давления настройки.Невысокие динамические свойства регулятора проявляются в резком повышении выходного давления при резкой подаче давления газа на выход, При этом не исключены динамические забросы давления на выходе, которые могут иметь место и при плавнои подаче высокого давления на вход. Все это обусловлено полным открь- тием основного (дросселирующего) клапана при отсутствии давления газа в выходннои полости и невозможностью ручным нажатием на шток клапанов обеспечить плавное открытие последних. Необходимость для включения известного регулятора вручную нажимать толка- тель предохранительного клапана снижает эксплуатационные свойства устройствз и заметно сужает область его возможного использования. При этом не представляется возможным использовать регулятор в системах, управляемых дистанционно или автоматически, а в системах, управляемых человеком, может порождать отказы из-за ошибок оператора. Б 1 2 Д) ЗО 4 О 45 4Сброс газа с Выхода на вход (обратное движение) Ооусловлен жестким (неподвижным) креплением штока дросселирую щего клапана с чувствительным элементом. При понижении давления газа на входе ниже даленин нзстроЙки дополнительный (пре- дохрзнительныйР клапан, будучи жестко связанным с чувствительным элементом, не может перекрыть дополнительное седло. Газ с выхода идет нз вход. По мере сброса Газа с выходной полости нз ВхОд даВление под мембрансй у;еньщзется ч)гвствиительныи элемент поднимается ВВерх., Открывая д)осселирующий., ззкрывая дополнител;, ныи клапан Птосле)ний сядет на седо и пазобшит Вуходну)о и входную полости только при полком сбросе нз вьгход выходного давления..),РОМЕ ТОГО, ИЗВЕСТНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ИМЕЮТ узкий эксплуатационный дка назон настроики, что об)Рслозлено нсстояннь ,;не завеличины сжзти, хоз:РС 1 ициентом Жесткоси пружи)ныных элементов. Статическая погрешность работы редуктора пропорциональна коэфФициенту жесткости рабочей пружины и не зависит от давления настройки (от величины сжатия поуРкины) . Зто приводит к росту относительной .огнеш ности регулирования (отношение абсолютной погрешности к давлению 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 понижению верхнего предела регулирования, так как при этом пружина становится маломощной и не способна уравновесить действую шую на чувствительный элемент силу высокого выходного давления. Постоянный коэффициент жесткости рабочей пружины известных регуляторов обеспечивает требуемую точность работы только в узком диапазоне настроечных давлений, за пределами этОГО диапазона точность регулирования нзка и не соответств; ет прел ьявляемым требованиям.Цель изобретения -- улучшение динамических характеристик, надежности и расширение диапазона настройки регулятора давления. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе давления газа, содержащем корпус, в котором установлены связанные ежду собой основной и дополнительный клапаны, соединенные толкателем с чувствительным элементом, связанным с поужи- нОЙ задания, дополнительный клапан установлен с зазором относительно седла, а толкатель установлен с возможностью осевого перемещения относительно чувствительчогоэлемента, 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 про 5 10 15 2 а25 зо 35 4 О 45 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 чрезмерном 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 нецсправности 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,5 а 55 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 Зпоступает в полость 4, дросселируясь в щели между клапанами 5 и седлом 2. Если выход7или остается неизменной, В результате весь диапазон сжатия рабочей пружины используется для регулирования давления, эксплуатационный диапазон настройки значительно расширяетсяПредлагаемый 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 чрезмерном 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 8увеличении давления настройки коэффициент жесткости рабочей пружины задания увеличивается, относительная же погрешность регулирования или не изменяется, или даже уменьшается. В результате ста новится 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 счувствительным элементом, связанным спружиной задания, отличающийся тем, что,с целью улучшения динамических характеристик и надежности регулятора, в нем дополнительный клапан установлен с зазоромотносительно седла, а толкатель установленс возможностью осевого перемещения относительно чувствительного элемента.2. Регулятор по п. 1, отличающийсятем, что, с целью расширения диапазонанастройки регулятора, в нем пружина задания выполнена с возрастающей жесткойзо нелинейной упругой характеристикой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР582501. кл, 6 05 Р 16/10, 1975,2. Авторское свидетельство СССР70569, кл. 6 05 Р 16/06, 1942 (прототип), 842737Составитель 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