Газовый редуктор
GAS REDUCER

Изобретение относится к регулирующей трубопроводной арматуре, преимущественно к газовым редукторам предназначенным для регулировки давления газа на линиях низкого давления, но не ограничивается указанными магистралями и может быть использовано для газовой среды в газовом хозяйстве, химической промышленности и т.д. Техническим результатом изобретения является уменьшение усилия управления и упрощение конструкции газового редуктора.
Известен газовый редуктор по авт. св. №192575, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности регулятора, в нем между трубчатым клапаном и чувствительным элементом установлено кольцо из эластичного материала (патент на изобретение СССР №694842 «Газовый редуктор» МПК G05D 16/06, G05D 16/10, опубликовано 30.10.1979).
Недостатком этого устройства является нестабильность и ненадежность работы, необходимость подогрева во время работы.
Известен газовый редуктор, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде мембраны, управляющую полость, содержащую регулировочную пружину, исполнительный механизм, содержащий пневматически разгруженный клапан, поджатый вспомогательной пружиной к седлу, разделяющему полости высокого и среднего давления радиальным уплотнением, отличающийся тем, что уплотняющая поверхность пневматически разгруженного клапана выполнена конической, а уплотняющая поверхность седла выполнена в виде скругленной кромки, образованной цилиндрическим отверстием на плоском торце седла. Газовый редуктор по п. 1, отличающийся тем, что клапан выполнен цельнометаллическим, а седло выполнено из полимерного материала. Газовый редуктор по п. 1, отличающийся тем, что управляющая полость содержит маховичок, на котором установлен шпиндель, соединенный с опорой регулировочной пружины резьбовым соединением с возможностью возвратно-поступательного (патент на изобретение РФ №72936 «Газовый редкутор» МПК В63С 11/32, G05D 16/06, В63С 11/20, опубликовано 10.05.2008)
Недостатком этого устройства является большое усилие управления, настройка на режим предварительно перед установкой, необходимость подогрева во время работы, сложная конструкция.
Известен газовый редуктор, содержащий мембрану, соединенную с запорной тарелью, основную обратную положительную связь в виде двуплечих рычагов, одни из плеч которых связаны с запорной тарелью, отрицательную обратную связь в виде пружины сжатия, дополнительную обратную положительную связь в виде двух одинаковых пружин растяжения, снабженную подвижной опорой, соединенной с двуплечими рычагами, поверхность контакта которой выполнена профилированной. Когда опора пружины под действием среды изменит свое положение, рычаги поворачиваются вокруг осей, при этом плечи рычагов, на которые действуют пружины, изменяют свою длину, что изменяет силу воздействия этих пружин на пружину (патент на изобретение РФ №2132509 «Газовый редкутор» МПК F16K 31/12, G05D 16/06, опубликовано 27.06.1999).
Недостатком данных конструкций является большое усилие управления и сложность конструкции.
Известен регулятор, имеющий сборный корпус, разделенный резиновой мембраной на управляющую часть с главной пружиной и рабочую с седлом и клапаном, который через мембрану взаимодействует с главной пружиной. Газ с высоким давлением подводится к клапану, а газ с низким давлением, воздействуя на мембрану, выводится потребителю. Регулирование давления газа на выходе осуществляется взаимодействием газа через мембрану на главную пружину (Д.Ф. Гуревич «Расчет и конструирование трубопроводной арматуры», М., 1964 г., Ленинград, «Машиностроение», с. 205, фиг. 127).
Недостатком этого устройства является большое усилие управления, настройка на режим предварительно перед установкой, необходимость подогрева во время работы.
Известен также редукционный клапан с поршневым приводом и внутренним импульсным механизмом (Д.Ф. Гуревич «Расчет и конструирование трубопроводной арматуры», М., 1964 г., Ленинград, «Машиностроение», с. 205, фиг. 128).
Недостатком этого устройства является большое усилие управления, настройка на режим предварительно перед установкой, необходимость подогрева во время работы и сложность конструкции.
Известен также пружинный редуктор, настраиваемый на определенный режим работы, состоящий из поршня, штока и тарельчатого клапана, конструктивно связанных между собой (М.В. Добровольский «Жидкостные ракетные двигатели», М.: 1968 г., «Машиностроение», с. 352, рис. 9.13).
Недостатком этого устройства является большое усилие управления. Ограниченность режима работы, настраиваемого при изготовлении.
Известны конструкции редукторов с тарельчатым клапаном, управляемым через шток командной средой и пружиной, действующей на клапан для удержания редуктора в закрытом положении (Н.А. Киселев. Котельные установки. - Высшая школа, М., 1975 г., с. 210, рис. 136).
Недостатком данных конструкций является большое усилие управления и сложность конструкции.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению по совокупности совпадающих существенных признаков и назначению является патент по изобретению РФ №2344461 «Редуктор», МПК G05D 16/00, опубликовано 20.01.2009. Сущностью известного технического решения является редуктор, включающий сборный корпус, клапан, командный поршень, обеспечивающий возможность возвратно-поступательного перемещения клапана, контактный торец которого при закрытом редукторе уперт в уплотнительную вставку опоры, отличающийся тем, что клапан выполнен трубчатым в виде полого цилиндра заодно с командным поршнем, который выполнен в виде стакана, имеющего выступ в придонной части.
Недостатками данного технического решения являются:
- отсутствие предохранительного устройства, которое срабатывало бы при неконтролируемом превышении командного давления больше заданного значения (неконтролируемое превышение командного давления больше заданного значения, которое приводит к полному открытию клапана, в следствии чего давление на выходе окажется выше требуемого, что, как следствие, может привести к аварийной ситуации в систем);
- сложность конструкции, т.к. конструкция содержит большое количество сопрягаемых деталей;
- низкая технологичность сборки;
- низкая ремонтоспособность;
- низкая надежность в эксплуатации;
- высокая себестоимость.
Заявленное техническое решение направлено на устранение недостатков прототипа, а именно:
- исключение возможности неконтролируемого превышения командного давления больше заданного значения;
- упрощение конструкции;
- повышение технологичности сборки;
- увеличение ремонтоспособности;
- повышение надежности;
- снижение себестоимости.
Сущностью заявленного технического решения является газовый редуктор, включающий сборный корпус, опору с уплотнительной вставкой, клапан трубчатой конструкции, выполненный в виде полого цилиндра, совмещенный с командным поршнем, установленный с возможностью обеспечения возвратно-поступательного перемещения, контактный торец клапана трубчатой конструкции при закрытом газовом редукторе уперт в уплотнительную вставку опоры характеризуется тем, что газовый редуктор дополнительно оснащен обратным клапаном, размещенным на выходе из редуцирующего устройства, выполняющим функцию предохранительного устройства, редуктором командным, установленным до редуцирующего устройства и сбросным клапаном, установленным после редуцирующего устройства, при этом редуктор командный соединен со сбросным клапаном посредством трубки, с обеспечением возможности управления сбросным клапаном, осуществляемым по средством подачи командного давления.
Заявленное техническое решение иллюстрируется фиг., на которой представлен общий вид газового редуктора в продольном сечении.
Газовый редуктор состоит из следующих конструктивных элементов:
- сборный корпус 1;
- командный редуктор 2;
- клапан сброса 3;
- клапан трубчатой конструкции, выполненный в виде полого цилиндра, совмещенный с командным поршнем 4;
- опора 5;
- штуцер 6, 7 и 10;
- обратный клапан 8;
- сальниковые уплотнения 9.1-9.3.
Собран следующим образом: сборный корпус 1, внутри которого с возможностью возвратно-поступательно перемещения установлен клапан трубчатой конструкции (на фиг. поз. не показана), выполненный в виде полого цилиндра, совмещенный с командным поршнем 4 (клапан трубчатой конструкции выполнен меньшего диаметра по сравнению с командным поршнем и находится левее от него см. фиг., а вместе они представляют единый элемент конструкции). Клапан трубчатой конструкции имеет контактный торец, которым упирается в уплотнительную вставку опоры 5, в случае, если редуктор закрыт, т.е. при отсутствии командного давления. Командный поршень клапана 4 выполнен в виде стакана с выступом в придонной части и имеет три рабочие поверхности, на которые воздействуют соответствующие давления:
- давление командной среды (Рк), создаваемой командным редуктором 2 и поступающей по трубке через штуцер 10 - на поверхность 4.1 поршня 4 (при превышении заданного значения командного давления, срабатывает обратный клапан 8, выполняющий функции предохранительного устройства, который стравливает избыток давление в пространство на выходе из редуцирующего устройства, что обезопасит систему от аварийной ситуации);
- давление редуцированной среды (Рв) - на поверхность 4.2;
- давление среды, отбираемой со стороны входа (Pвх=Pу) и поступающей со штуцера 6 по трубке к штуцеру 7 - на поверхность 4.3.
Командный редуктор 2 установлен на сборном корпусе 1 до редуцирующего устройства, представляющего собой часть механизма газового редуктора, в который входит опора 5 и клапан трубчатой конструкции, выполненный в виде полого цилиндра, совмещенный с командным поршнем 4. Сальниковое уплотнение 9.1 разделяет полости давления командного (Рк) и управляющего (Ру) на командном поршне 4. Сальниковые уплотнения 9.2 и 9.3 той же конструкции, отделяют полости давления (Рк) от входного (Рвх) и управляющего (Ру) от выходного (Рв). При превышении давления на выходе - срабатывает клапан сброса 3, установленный после редуцирующего устройства, соединенный с командным редуктором 2 посредством трубки, с обеспечением возможности управления сбросным клапаном, осуществляемым по средством подачи командного давления.
к
Газовый редуктор работает следующим образом. Редуцирование (понижение давления) рабочей среды происходит в зоне торца клапана трубчатой конструкции, выполненного в виде полого цилиндра, совмещенного с командным поршнем 4 и торца опоры 5 при открытом редукторе, открытие которого осуществляют подачей командного давления (Р) на поверхность 4.1. Командное давление создается с помощью командного редуктора 2, которое передается по трубке через штуцер 10. При неконтролируемом превышении командного давления срабатывает обратный клапан 8, выполняющий функции предохранительного устройства.
Рабочая среда протекает через пространство в опоре 5, проходит через зону редуцирования, далее через клапан трубчатой конструкции, выполненный в виде полого цилиндра, совмещенный с командным поршнем 4 к выходному из газового редуктора трубопроводу.
у
в
Командная среда должна уравновешивать усилие от давления, отбираемого со стороны входа (Р) на поверхность 4.3 и давление рабочей среды после редуцирующего устройства (Р) на поверхность 4.2. Динамическое равновесие всех сил и обеспечивает редуцирование в требуемом режиме.
у
Давление (Р) создается путем отбора газа с помощью штуцера 6, установленного на сборном корпусе 1 до редуцирующего устройства, затем отобранный газ проходит по трубке к штуцеру 7 и попадает на поверхность 4.3.
у
к
Газовый редуктор закроется от усилия давления (Р) на поверхность 4.3, как только будет удалена командная среда (Р) из соответствующей полости командного поршня. Рабочая среда будет отсечена.
При превышении давления на выходе - срабатывает клапан сброса 3, установленный после редуцирующего устройства, соединенный с командным редуктором 2 посредством трубки, с обеспечением возможности управления сбросным клапаном, осуществляемым по средством подачи командного давления.
Основываясь на изложенном заявленное техническое решение обеспечивает возможность реализации поставленных задач, а именно:
- обеспечена высокая безопасность редуктора за счет установки на выходе из редуцирующего устройства обратного клапана;
- обеспечено упрощение конструкции за счет объединения нескольких элементов конструкции в одну;
- улучшена технологичность сборки так же за счет объединения нескольких элементов конструкции в одну;
- улучшена ремонтоспособность так же за счет объединения нескольких элементов конструкции в одну;
- увеличена надежность в эксплуатации за счет установки обратного клапана и объединения нескольких элементов конструкции в одну;
- уменьшена себестоимость так же за счет объединения нескольких элементов конструкции в одну.
Заявленное техническое решение соответствует критерию новизна, предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного уровня техники не выявлено технических решений с заявленной совокупностью признаков.
Заявленное техническое решение соответствует критерию изобретательский уровень, предъявляемому к изобретениям, т.к. не является очевидным для специалиста, в следствие того, обеспечивает возможность реализации поставленных задач, который реализованы за счет с одной стороны упрощения конструкции при одновременном обеспечении надежности и ремонтопригодности, что не является очевидным для специалиста.
Заявленное техническое решение соответствует критерию промышленная применимость, т.к. может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением известных материалов и технологий.