Регулятор давления газа

(54) РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики, может быть использовано в различных пневматицес. ких системах для понижения давления рабочей среды и поддержания величины пониженного давления с высокой точностью.По основному авт. св. М 896598 известен регулятор давления газа, содержащий корпус с установленным в нем 1 О первым клапаном, связанным с первым чувствительным элементом, управляющая полость сообщена с выходом второго клапана, связанного с вторым чувствительным элементом, и пружину 15 задания с регулировочным винтом. Регулятор содержит дроссельное устройство, вход второго клапана сообщен с выходом первого клапана, пер. вый чувствительный элемент выполнен в виде двухступенчатого поршня, а полость, образованная торцом большей ступени, связанным с ним вторым чувствительным элементом и корпусом, сообщена через дроссельное устройство с полостью между ступенямидвухступенчатого поршня и корпусом,связанной с атмосферой 11.Недостатком известного устройстваявляется то, что случайные колебания давления газа в управляющей полости его вызывают колебания давления на выходе регулятора, а второйчувствительный элемент не реагирует на резкие изменения величины пониженного давления, Все это ухудшаетдинамические характеристики регулятора,Целью изобретения является улучшение динамических характеристик регулятора давления.Поставленная цель достигаетсятем, что в ступенцатом поршне выполнена осевая цилиндрическая расточка,в которой установлены подпружиненный поршень и поршень с дроссельным3 95717элементом, жестко связанйый с толкателем, связывающим ступенчатый поршень с вторым чувствительным элементом поршневого типапричем подпружиненный поршень установлен коаксиально толкателю, а полость осевойцилиндрической расточки заполнена вяз.кой средой.При таком исполнении регуляторарезкие случайные изменения давления в 1 Оуправляющей полости, воздействуя наоба чувствительных элемента, перемещают их в разлнчные стороны, Силавозникающего при этом вязкого тренияна поршне с дроссельным элементом 15всегда противоположна по направлению силе давления на двухступенчатый поршень, В результате последнийне будет реагировать на случайные,обусловленные различными неисправ- гоностями, колебания давления в управляющей полости.С другой стороны, при резких изменениях выходного давления двухступенчатый поршень будет отслеживать 25их, изменяя свое положение; При этомна второй чувствительный элемент внаправлении перемещений первого чувствительного элемента будет действовать сила .вязкого трения. Эта сила 5 рбудет обусловливать необходимые пере.мещения. второго чувствительного элемента. Все это обусловит высокую стабильность регулируемого давления газав условиях действия различных возмущающих факторов,На чертеже представлен предлагае-мый регулятор давления газа.Регулятор давления состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 ка 40налами, в котором размещены силовой(основной) и настроечный (вспомогательный) редукторы. Иловой редукторвключает седло 4, нагруженный пружиной 5 первый клапан 6, взаимодействующий посредством толкателя 7 с первым чувствительным элементом (поршнем) 8Настроечный редуктор включает седло 9 второй клапан 10 с пружиной 11. 5 Овзаимодействующий толкателем 12 с вто.рым чувствительным элементом (поршнем) 13, нагруженным посредством регулировочного винта 14 через опорнуютарель 15 пружиной 1 б задания, Выходная полость (выход первого клапана) 17 силового редуктора каналами18 и 19 сообщена с входной полостью 9 4(входом второго клапана) 20 настроечного редуктора.Первый чувствительный элемент 8 силового редуктора выполнен в виде двухступенчатого поршня, торцовая поверхность меньшей ступени которого обращена к выходной полости 17 силового редуктора и взаимодействует с толкателем 7 первого клапана 6, Торцовая поверхность большей ступени поршня 8 обращена к второму чувствительному элементу 13 настроечного редуктора, взаимодействует с ним посредством толкателя 21 и образует с ним и стаканом 22 корпуса 1 пневмополость 23, сообщенную с выходной полостью 24 настроечного редуктора проточками 25, каналами 26 и через зазоры между вторым чувствительным элементом 13 и стаканом 22.Пневмополость 23 сообщена через дроссельное устройство 27 с полостью 28 между ступенями поршня 8 и корпусом 1. Полость 28 каналом 29 сообщена с атмосферой. Корпус регулятора закрыт стаканом 30.На толкателе 21 жестко закреплен дополнительный поршень 31, размещенч ный в осевой цилиндрической расточке двухступенчатого поршня 8, закрытой с стороны управляющей пневмополости 23 установленным коаксиально толкателю 21 и нагруженным пружиной 32 и поршнем 33. Полость между поршнями 8 и 33 (осевая цилиндрическая расточка) заполнена вязкой средой (жидкостью) 34. В поршне 31 выполнен дроссельный элемент 35, сообщающий его надпоршневую с подпоршневой полостями, заполненными жидкостью 34. Дроссельный элемент 35 может быть выполнен также в двухступенчатом поршне 8.Регулятор давления газа работает следующим образом,В исходном положении пружина 16 задания сжата винтом 14 через тарель 15, Второй чувствительный элемент 13 опущен максимально вниз и упирается в стакан 22. Второй клапан 10 через толкатель 12 вторым чувствительным элементом 13 максимально отжат от седла 9. Поршень 8 толкателем 21 через поршень 33 опущен вниз и контактирует с толкателем 7 первого клапана б, который с седлом 4 образует небольшой зазор, клапан б пружиной 5 поджимается вверх5 9571Гаэ высокого давления подводится через канал 2 н первому клапану 6.В зазоре между клапаном и седлом 4 гаэ дросселируется, его давление понижается. Газ пониженного давленияпоступает в выходную полость 17 силового редуктора и через канал 3 потребителю. Незначительная величина зазора между первым клапаном 6 и седлом 4 обусловливает плавность повышения 10 давления на выходе устройства.Одновременно гаэ по каналам 18 и 19 иэ полости 17 поступает во входную полость 20 настроечного редуктора. Из полости 20 газ по зазору меж ду клапаном 10 и седлом 9 поступает в выходную полость 24 настроечного редуктора. Из полости 24 газ по проточкам 25 и каналам 26 поступает в пневмополость 23. 20По мере повышения давления в полостях 24 и 23 второй чувствитель- ный элемент 13 поршневого типа будет подниматься вверх, сжимая пру" жину 16 задания, а поршень 8 будет опускаться вниз, увеличивая проходное сечение между клапаном 6 и седлом 4. Это обусловливает увеличение притока газа в полость 17 и повышение в ней давления. Повышение давле- ЗО ния в полостях 24 и 23 сопровождается подъемом вверх чувствительного эле" мента 13 и уменьшением щели между вторым клапаном 1 О и седлом 9.При давлении в полостях 24 и 23 зз равном давлению настройки вспомогательного (настроечного) редуктора, второй чувствительный элемент 13 поднимается настолько, цто клапан 10 садится на седло 9 перекрыв его 46 канал, Так как пневмополость 23дроссельным устройством 27 сообщена с полостью 28 и дальше с атмосферой через канал 29, то полного перекрытия канала седла 9 вторым клапаном 10 не произойдет, будет иметь место постоянное незначительное дросселирование газа вторым клапаном, Давление в полостях 24 и 23 будет поддерживаться постоянным.По мере опускания вниз поршня 8 при повышении давления в пневмополости 23 будет увеличиваться величина .щели между первым клапаном 6 и седлом 4, Давление газа в полости 17 при этом будет повышаться. Си" ла воздействия давления в полости 17 на торцовую поверхность меньшей ступени поршня 8 будет увели 79 4чиваться. Под действием возрастающего давления в полости 17 поршень8 будет подниматься вверх, сжимаягаэ в полостях 23 и 24.Если выход из регулятора .давления газа закрыт, при давлении в полости 17, равном давлению настройкиустройства (силового редуктора),поршень 8 поднимается вверх настолько, цто первый клапан 6 сядет на седло 4, перекрыв его канал, и разобщитвходной 2 и выходной 3 каналы регулятора, При подъеме вверх поршня 8(при повышении давления в полости17) и сжатии газа в полостях 23 и24 снацала второй клапан 10 перекроет седло 9, и избыточное давлениегаза сбросится в атмосферу черездроссельное устройство 27, полость28 и канал 29.При дальнейшем дренаже газа изполости 23, второй клапан 10 несколько откроется, компенсируя утеч.ки через дроссельное устройство 27и обеспечивая прежнее значение давления в пневмополости 23 регулятора. Благодаря этому коэффициент жесткости нагружающей поршень 8 сстороны пневмополости 23 газовойпружины равен нулю, цто оЬусловливаетвысокую точность понижения давлениягаза регулятором и значительную егопроизводительность,При отборе газа в объем за регуля.тором через канал 3 давление в полости 17 и сила его воздействия на поршень 8 снижаются. Это приведет к опусканию вниз поршня 8, открытию первого клапана 6 и дросселированию газа в образовавшейся щели между клапаном и седлом. Давление в полости17 снова повысится, и при некоторомего значении между силами действующими на подвижную систему регулятора, установится динамическое равновесие, соответствующее определенному расходу газа. Если расход газаизменяется, новое равновесие наступает при другой величине щели междупервым клапаном 6 и седлом 4.Если при работе регулятора давление в выходной полости настроечногоредуктора (в полостях 23 и 24) покакой"либо причине резко изменится(например, при неравномерном трениив подвижных частях устройства), этоприведет к перемещению поршней 13 и8 в противоположных направлениях.При этом будет иметь место перетека 7 957179ние вязкой жидкости 34 через дроссельный элемент 35 между полостями надпоршнем 31 и под ним. Перемещенияпоршня 8 при этом будут происходить под действием изменяющейся силы давления газа в пневмополости 23и под действием силы вязкого трения.Эти силы направлены при этом в противоположные стороны и компенсируют друг друга. В результате поршень 8 10 практически не будет реагировать на резкие случайные колебания управляющего давления. На выходе регулятора будет обеспечено стабильное давление. 15Бсли например, в полостях 24 и23 давление резко повысится, поршень 13 резко поднимется вверх, апоршень 8 опустится вниз, При этомтолкатель 21 с поршнем 31 переместятся в вязкой среде 34 вверх, увлекая за собой и поршень 8 (воздействуя на него вязким трением вверх). В итоге поршень 8 будет практически стоятьна месте, он не будет реагировать на такие резкие повышения управляющего давления. Аналогично будет работать регулятор и при резких понижениях управляющего давления, только при этом поршни 13 и 8 будут сближаться, а сила вязкого сопротивления перемещению поршня 8 будет направлена вниз, В этом случае поршень 8 также будет практически неподвижен относительно корпуса, что не приведет35к изменению щели между клапаном 6 и седлом 4 и, следовательно, не приведет к изменению величины выходного давления.Плавные же изменения управляющегодавления не являются следствием случайных причин, будут носить закономерный характер, и чувствительный элемент 8 будет реагировать на такиемедленные изменения давления в полостях 24 и 23, что необходимо.С другой стороны, при резких изменениях выходного давления (давления в полости 17) поршень 8 будетрезко перемещаться в соответствующую50сторону, воздействуя (вязким сопротивлением) на чувствительный элемент13 и тем самым предопределяя необходимую реакцию последнего. бсли, например давление в полости 17 резФ55ко понизится, поршень 8 резко опустится вниз, увлекая за собой вниз также и поршень 13 (за счет сил вязкого сопротивления на поршне 3 1). При этом величина щели между вторым клапаном 1 О и седлом 9 несколько увеличится, давление в полостях 24 и 23 (за счет увеличившегося притока газа) также повысится, компенсируя понижение давления в этих полостях, обусловленное опусканием поршня 8, и повышая чувствительность регулятора к изменению выходного давления.При резком повышении регулируемого давления устройство работает аналогично, только чувствительный элемент 8 поднимается при этом вверх, увлекая за собой и чувствительный элемент 13. В этом случае давление в управляющей полости понижается (за счет уменьшения щели между клапаном .1 О и седлом 9), что улучшает условия реакции поршня 8 на изменив шееся выходное давление. Все это обуславливает заметное улучшение динамических характеристик регулятора.Подпружиненный поршень 33, создавая давление на вязкую среду 34, посредством пружины 32 и под давлением газа в пневмополости 23, обеспечивает необходимую стабильность силы вязкого сопротивления и предотвращает разрыв жидкости 34 (нарушение ее сплошности) при перемещении поршня 31 вверх относительно чувствительного элемента 8, так как объем полости, занятой вязкой средой, при этом будет увеличиваться (за счет выдвижения из нее толкателя 21). Поршень же 33, опускаясь вниз, будет компенсировать эти изменения объема вязкой среды, обеспечивая необходимую стабильность относительных перемещений подвижных элементов регулятора.На вход настроечного редуктора подается стабилизированное силовым редуктором давление газа. Это обусловливает независимость управляющего давления силового редуктора от величины давления на входе, в результате чего точность понижения давления газа регулятором повышается. Это же обеспечивается также тем, что жест кость пневмополости (пневмопружины) 23 равна нулю.Описанный регулятор имеет высокие динамические характеристики, В нем выходное давление повышается плавно, при резкой подаче давления на вход отсутствуют динамические забросы выходного давления. Это обус ловлено конструкцией регулятора, обеспечивающей минимальное напальное9 95717 проходное сечение устройства и умень. шение его в начальный период работы.В регуляторе случайные колебания управляющего давления не влияют на величину выходного давления, величи- З на которого поддерживается постоянной с высокой точностью, Кроме того, на резкие изменения регулируемого давления (например, при резком изменении расхода) регулятор реагирует 1 О обоими чувствительными элементами, чем достигается высокая чувствительность устройства.Нулевая жесткость пневмопружины первого чувствительного элемента. 13 обусловливает характер работы регулятора близкий к релейному, При этом обеспечивается высокая производительность, что позволит регулятору заменить многие агрегатные газовые редук торы.Предлагаемый регулятор обладает высокой устойчивостью к автоколебаниям. 10формула изобретенияРегулятор давления газа по авсв. Н 896598, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения его динамических характеристик, в ступенчатом поршне выполнена осевая цилиндрическая расточка, в которой установлены подпружиненный поршень и поршень с дроссельным элементом, жестко связанный с толкателем, связывающим ступенчатый поршень с вторым чувствительным элементом поршневого типа, причем подпружиненный поршень установлен коаксиально толкателю, а полость осевой цилиндрической расточки заполнена вязкой средой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССРй 896598, кл. 6 05 0 16/10, 1980957179 Составитель Г, СидоровРедактор А. Шандор Техред М,Тепер Корректоре ттЗаказ 6597 д, 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,6 Тираж 91ВНИИПИ Государствпо делам изоб113035, Москва, Ж Подписннного комитета СССРетений и открытий35, Раушская наб.,