ИСПОЛНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО РЕГУЛЯТОРА ДАВЛЕНИЯ
ACTUATING DEVICE OF A PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к устройствам для регулирования давления и может быть использовано в газовой и других областях промышленности.
Известен регулятор давления - ограничитель расхода газа, представляющий собой осевой клапан с эластичным затвором, предназначенный для установки на трубопроводе и снабженный каналами для соединения с распределителем и пилотным регулятором (см. патент на изобретение RU2210098, МПК G05D 7/00, G05D 16/16).
Основным недостатком известного регулятора давления является нерегламентированное открытие регулятора при разрыве эластичного затвора (диафрагмы) под действием внешних факторов (неочищенный и неосушенный газ, кавитация, низкие температуры и др.), что приводит к недопустимому повышению выходного давления и, следовательно, к аварийной ситуации в эксплуатации.
Наиболее близким к заявляемому устройству заявленного изобретения является исполнительное устройство регулятора давления газа, содержащее корпус с седлом, затвором в виде эластичной диафрагмы, входной, выходной и управляющей камерами (см. патент на изобретение RU2239862, МПК G05D 16/06). Корпус снабжен каналами для соединения камер с дросселем и пилотом, причем входная камера регулятора через дроссель соединена с управляющей камерой и пилотом, а пилот связан с выходной камерой регулятора. Между входной и управляющей камерами регулятора введен резервный канал с пневмоуправляемым запорным устройством (защитным клапаном) нормально закрытого типа, а в пилоте размещен аварийный клапан, взаимодействующий с пневмоуправляемым запорным устройством нормально закрытого типа, что позволяет обеспечить аварийное закрытие регулятора при недопустимом повышении выходного давления или при нерегламентированном падении давления в управляющей камере (например, из-за неисправностей в дросселе, в канале подачи газа в управляющую камеру или разрыве мембраны пилота).
Однако конструкция известного регулятора давления газа, принятого за прототип, является громоздкой, кроме того, не обеспечивает разделение входной и выходной камер исполнительного устройства при разрыве эластичного затвора.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение надежности путем введения встроенного пневмоуправляемого запорного устройства (защитного клапана - отсекателя) для обеспечения аварийного закрытия регулятора как в автоматическом режиме, так и с пульта оператора.
Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров за счет размещения пневмоуправляемого запорного устройства в седле исполнительного устройства регулятора давления со стороны выходной камеры.
Указанный технический результат достигается тем, что в исполнительном устройстве регулятора давления, содержащем корпус с седлом, эластичным затвором, входной, выходной и управляющей камерами, а также каналом для соединения управляющей камеры с управляющим устройством, пневмоуправляемое запорное устройство, согласно решению пневмоуправляемое запорное устройство расположено в дополнительной камере, выполненной в седле корпуса со стороны выходной камеры, выходная камера снабжена ответным седлом, а в корпусе выполнен канал для соединения пневмоуправляемого запорного устройства с управляющим устройством. Пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой подпружиненный поршень, дно которого имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу выходной камеры для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства. В открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере при помощи уплотнительного элемента, или постоянного магнита, или фиксатора пружинного двустороннего. При использовании фиксатора пружинного двустороннего в стенке дополнительной камеры выполнены по меньшей мере три кольцевых паза. Пневмоуправляемое запорное устройство в виде подпружиненного поршня снабжено эластичной мембраной, закрепленной на седле корпуса со стороны выходной камеры. Пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой сильфон, дно которого имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу выходной камеры для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства. Пневмоуправляемое запорное устройство представляет собой армированную мембрану, прикрепленную к седлу корпуса со стороны выходной камеры, при этом мембрана соединена со стенками дополнительной камеры при помощи конусной пружины растяжения.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень, зафиксированный в открытом положении при помощи уплотнительного элемента;
на фиг. 2 - седло корпуса заявляемого исполнительного устройства регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень, зафиксированный в открытом положении при помощи постоянного магнита;
на фиг. 3 - седло корпуса заявляемого исполнительного устройства регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень, зафиксированный в открытом положении при помощи фиксатора пружинного двустороннего;
на фиг. 4 - заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень с эластичной мембраной, закрепленной на седле корпуса со стороны выходной камеры, на стенке отверстия седла которого выполнены три кольцевых паза для фиксации поршня в разных положениях при помощи фиксатора пружинного двустороннего;
на фиг. 5 - заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой сильфон;
на фиг. 6 - заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой армированную мембрану, в открытом положении;
на фиг. 7 - заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой армированную мембрану, в закрытом положении.
Позициями на чертежах обозначены:
1 -  корпус;
2 -  седло корпуса;
3 -  входная камера;
4 -  выходная камера;
5 -  управляющая камера;
6 -  эластичный затвор;
7 -  канал управляющей камеры;
8 -  канал запорного устройства;
9 -  дополнительная камера;
10 -  ответное седло;
11 -  поршень;
12 -  дно поршня;
13 -  пружина;
14 -  уплотнительный элемент;
15 -  постоянный магнит;
16 -  пружинный фиксатор двусторонний;
17 -  кольцевой паз;
18 -  эластичная мембрана;
19 -  армированная мембрана;
20 -  конусная пружина растяжения;
21 -  сильфон;
22 -  дно сильфона.
Заявляемое исполнительное устройство регулятора давления представляет собой осевой (аксиальный) клапан с эластичным затвором и содержит корпус 1 с входным и выходным отверстиями, внутри которого закреплено седло 2, выполненное в виде двух решеток в форме колец, прикрепленных с разных сторон к внутренней перегородке по ее периметру. Седло делит внутреннее пространство корпуса на три части: входную камеру 3 со стороны входного отверстия, выходную камеру 4 со стороны выходного отверстия и управляющую камеру 5. Эластичный затвор 6 размещен в управляющей камере 5 с возможностью плотного прилегания к решеткам седла 2 для изоляции трех камер корпуса друг от друга. Корпус исполнительного устройства регулятора давления снабжен каналом 7 для соединения управляющей камеры 5 с управляющим устройством, например регулятором давления «после себя» (пилотом) через распределитель. Во внутренней перегородке седла 2 со стороны выходной камеры 4 выполнено глухое цилиндрическое отверстие, образующее дополнительную камеру 9, предназначенное для размещения в нем пневмоуправляемого запорного устройства, при этом в корпусе 1, а также в седле 2 выполнен канал 8 для соединения пневмоуправляемого запорного устройства с управляющим устройством (на чертеже не показано). Выходная камера 4 снабжена ответным седлом 10, расположенным вокруг выходного отверстия и выполненным с возможностью плотного прилегания к нему пневмоуправляемого запорного устройства.
Возможно несколько вариантов выполнения пневмоуправляемого запорного устройства.
На фиг. 1 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде подпружиненного поршня 11, при этом канал 8 запорного устройства соединен с подпоршневым пространством в дополнительной камере 9 седла 2. Дно 12 поршня 11 имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу 10 выходной камеры 4 для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства. В открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень 11 зафиксирован в дополнительной камере 9 седла корпуса при помощи уплотнительного элемента 14, пружина 13 находится в сжатом положении, и усилия сжатой пружины недостаточно для преодоления трения уплотнительного элемента.
На фиг. 2 представлено седло 2 заявляемого исполнительного устройства регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде подпружиненного поршня 11, аналогичного представленному на фиг. 1, за исключением того, что в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере 9 седла корпуса при помощи постоянного магнита 15, размещенного на дне дополнительной камеры с возможностью контактирования с поршнем в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства. Усилия сжатой пружины 13 недостаточно для преодоления притяжения постоянного магнита.
На фиг. 3 представлено седло 2 заявляемого исполнительного устройства регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде подпружиненного поршня 11, аналогичного представленному на фиг. 1, за исключением того, что в открытом положении пневмоуправляемого запорного устройства поршень зафиксирован в дополнительной камере 9 седла корпуса при помощи фиксатора 16 шарикового пружинного двустороннего (http://www.kippcom.ru/ru/ru/ПРОДУКЦИЯ/Промышленная-фурнитура-Стандартизированные-изделия/Пружинные-фиксаторы-стопорные-штифты-блокировочные-шаровые-болты/K0337-Фиксаторы-пружинные-гладкая-поверхность-двусторонние.html), закрепленного в поршне. На стенке дополнительной камеры 9 седла 2 выполнены углубления для размещения в них шариков фиксатора, при этом усилия сжатой пружины недостаточно для выведения шариков из углублений. Углубления могут быть выполнены в виде трех кольцевых пазов 17 (фиг. 4) для фиксации поршня в различных положениях пневмоуправляемого запорного устройства: открытом, закрытом и промежуточном. Возможно выполнение большего количества кольцевых пазов для обеспечения более плавной регулировки величины зазора между пневмоуправляемым запорным устройством и ответным седлом 10 выходной камеры 4.
Во всех вариантах исполнительного устройства с пневмоуправляемым запорным устройством в виде подпружиненного поршня оно может быть снабжено эластичной мембраной 18, закрепленной на седле 2 корпуса 1 со стороны выходной камеры 4 и позволяющей повысить герметичность изоляции подпоршневой полости от выходной камеры, а также улучшить качество посадки пневмоуправляемого запорного устройства в ответном седле 10. На фиг. 4 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, представляющим собой подпружиненный поршень 11 с эластичной мембраной 18, закрепленной на седле 2 корпуса со стороны выходной камеры 4, на стенке дополнительной камеры 9 выполнены три кольцевых паза 17 для фиксации поршня 11 в разных положениях пневмоуправляемого запорного устройства при помощи фиксатора 16 пружинного двустороннего.
На фиг. 5 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде сильфона 21. Канал 8 запорного устройства соединен с внутренним пространством сильфона. Дно 22 сильфона имеет форму и размер, соответствующие ответному седлу 10 выходной камеры 4 для сопряжения с ним в закрытом положении пневмоуправляемого запорного устройства.
На фиг. 6 и 7 представлено заявляемое исполнительное устройство регулятора давления с пневмоуправляемым запорным устройством, выполненным в виде армированной мембраны 19, закрепленной на седле 2 корпуса 1 со стороны выходной камеры 4. Мембрана 19 соединена со стенками или дном дополнительной камеры 9 при помощи конусной пружины растяжения 20.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Газ по трубопроводу поступает во входное отверстие заявляемого осевого клапана. В исходном состоянии эластичный затвор 6 плотно прижат к решеткам седла 2 благодаря тому, что от управляющего устройства в управляющую камеру 5 по каналу 7 подают газ под избыточным давлением; пазы решеток перекрыты - осевой клапан закрыт. Осевой клапан закрыт и в состоянии, когда давление газа во входной 3 и управляющей 5 камерах с разных сторон эластичного затвора 6 одинаково. При снижении давления в управляющей камере 5, под воздействием давления газа во входной камере 3 эластичный затвор 6 деформируется, отжимается от решеток седла 2, осевой клапан открывается, и газ поступает в выходную камеру 4. Регулируя давление в управляющей камере 5, осуществляют функционирование заявляемого устройства в качестве регулятора давления газа.
В случае разрыва эластичного затвора 6 или при иной необходимости по каналу 8 в дополнительную камеру 9 к пневмоуправляемому запорному устройству подают давление для переведения его из открытого положения в закрытое, при котором запорное устройство плотно прилегает к ответному седлу 10 и перекрывает проход из выходной камеры 4 в выходное отверстие. Это позволяет заявляемому устройству функционировать в качестве регулятора давления газа с отсекателем.
При использовании устройства, показанного на фиг. 4, по каналу 8 осуществляют подачу импульсов давления в дополнительную камеру 9 к пневмоуправляемому запорному устройству для выхода пружинного фиксатора 16 из одного кольцевого паза 17 и фиксации в соседнем, а как следствие, переведения поршня 11 из одного положения в другое. Переведение поршня из одного положения в другое в обратном направлении осуществляют при существующем давлении в выходной камере 4, снижая давление в дополнительной камере 9 седла 2 корпуса. Это позволяет использовать заявляемое устройство в качестве двухступенчатого регулятора давления газа или регулятора давления газа с ограничителем расхода газа.
При использовании устройства, показанного на фиг. 6, осуществляют регулирование давления газа в дополнительной камере 9 седла 2. При увеличении давления газа, подаваемого на пневмоуправляемое запорное устройство, армированная мембрана 19 растягивается и приближается к седлу 10, обеспечивая плавное уменьшение величины зазора между выходной камерой 4 и выходным отверстием. При дальнейшем увеличении давления в дополнительной камере армированная мембрана 19 ложится на ответное седло 10 и полностью перекрывает выходное отверстие выходной камеры (фиг. 7). При снижении давления в дополнительной камере армированная мембрана под действием конусной пружины 20 возвращается в исходное положение и открывает выходное отверстие выходной камеры. Это позволяет заявляемому устройству функционировать в качестве двухступенчатого регулятора давления газа.
Таким образом, в работе регулятора предусмотрены следующие функции: регулирование (стабилизация) давления; регулирование (стабилизация) расхода; ограничение расхода; отсечение потока рабочей среды при превышении (понижении) на выходе регулятора в автоматическом режиме, по команде оператора или по программе; предусмотрена возможность автоматического возврата пневмоуправляемого запорного устройства из закрытого в открытое положение; использование в качестве предохранительного клапана для сброса избыточного давления. При этом заявляемое универсальное многофункциональное исполнительное устройство регулятора давления имеет компактные размеры.