РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
PRESSURE CONTROLLER OF INDIRECT ACTION

Предлагаемое изобретение относится к области гидропневмоавтоматики и может быть использовано для регулирования давления природного газа на выходе газораспределительных станций.
Известны регуляторы давления непрямого действия, в которых исполнительное устройство выполнено в виде мембранного привода, связанного с запорным клапаном, являющегося регулирующим органом. Одним из лучших регуляторов подобного типа является осевой регулятор давления непрямого действия, приведенный в книге "Газовое оборудование, приборы и арматура". М., Недра, 1985 г., принципиальная схема которого приведена на рис.2.11, стр.68. Его достоинством является то обстоятельство, что запорный клапан, выполненный в виде тонкостенной трубы, практически полностью разгружен от воздействия потока, а резиновая мембрана установлена в отдельной замкнутой полости, непосредственно не контактирующей с рабочим газом; тем не менее, в процессе эксплуатации резина утрачивает свои динамические (и прочностные) характеристики, в результате чего уменьшаются ее надежность и долговечность. Кроме этого все регуляторы давления, содержащие упругие чувствительные элементы в виде мембраны, имеют значительные диаметральные габариты и массу.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является регулятор газа непрямого действия (см. авторское свидетельство СССР № 126948, кл. G05D 16/10, 1983 г.), содержащий полости входа и выхода, цилиндрический корпус с внутренней перегородкой, коаксиально расположенный относительно полости выхода газа, регулирующий орган в виде подвижного поршневого клапана, поджатого возвратной пружиной относительно перегородки, и чувствительный элемент в виде поршня, перемещающегося между перегородкой и задней крышкой корпуса, взаимно расположенных таким образом, что последовательно за клапаном образуют разгрузочную полость, полости управляющего и выходного давлений, при этом подвижные клапан и поршень связаны между собой соосным с корпусом штоком [прототип].
Недостатком этого регулятора является то, что его разгрузочная полость сообщена с входной полостью посредством датчика статического давления, т.е. - за вычетом динамического напора, величина которого может быть значительной при возрастании расхода газа (нагрузки) через регулятор, что приводит к необходимости применять возвратную пружину большой жесткости. Это снижает точность поддержания выходного давления и даже может привести к возникновению автоколебательных и резонансных движений клапана. Это обстоятельство вынуждает применить, например, гидравлическое демпфирующее устройство, что существенно усложняет конструкцию регулятора и снижает его надежность.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности и долговечности, расширение области применения регулятора с сохранением достаточной точности регулирования.
Эта цель достигается тем, что шток регулятора в сочетании с неподвижным цилиндрическим стаканом, упертым сферическим дном в заднюю крышку корпуса, образуют дополнительную разгрузочную полость, причем шток снабжен сквозными каналами, сообщающими основную и дополнительную разгрузочные полости с входной полостью высокого давления посредством соосного со штоком патрубка, выполненного в виде приемника полного давления, снабженного каналами перепуска, площадь сечения которых по крайней мере вдвое меньше площади сечения приемного канала.
На чертеже показан общий вид регулятора давления газа в виде продольного разреза с выносным элементом I.
Регулятор давления газа содержит полости входа (1) и выхода (2) газа, цилиндрический корпус (3) с внутренней перегородкой (4), коаксиально расположенный относительно полости выхода (2) газа, регулирующий орган в виде подвижного поршневого клапана (5), поджатого к седлу (6) возвратной пружиной (7) относительно перегородки (4), и чувствительный элемент в виде поршня (8), перемещающегося между перегородкой (4) и задней крышкой (9) корпуса (3), которые взаимно расположены таким образом, что последовательно за клапаном (5) образуют разгрузочную полость (10), полости управляющего (11) и выходного (12) давлений, при этом подвижные клапан (5) и поршень (8) связаны между собой соосным с корпусом (3) штоком (13). Шток (13) с неподвижным цилиндрическим стаканом (14), упертым сферическим дном в заднюю крышку (9) корпуса (3), образуют дополнительную разгрузочную полость (15), причем шток (13) снабжен сквозными каналами (16), сообщающими основную (10) и дополнительную (15) разгрузочные полости с входной полостью (1) высокого давления посредством соосного со штоком (13) патрубка (17), выполненного в виде приемника полного давления (элемент 1), снабженного каналами перепуска (18), площадь сечения которых по крайней мере вдвое меньше площади сечения приемного канала (19).
Предварительно сжатая при установке пружина (7) служит для перемещения клапана (5) в положение перекрытия кольцевой щели, образованной седлом (6) и клапаном (5) при отсутствии газа в трубопроводе, и имеет малую жесткость. Регулятор работает следующим образом.
В исходном положении регулятор закрыт. Регулятор давления непрямого действия работает совместно с пилотным устройством, как правило, состоящим из редуктора перепада и усилителя, для питания которых используется энергия входного давления. Для открытия регулятора редуктор и усилитель по монометрам настраиваются на заданные давления, при этом в полость (11) управляющего давления подается соответственно управляющий газ. Поршень (8) перемещается и через шток (13) перемещает клапан (5). Редуцирование газа происходит за счет его дросселирования при прохождении через кольцевую щель между клапаном (5) и седлом (6). После запуска регулятора усилитель поднастраивается на заданный стационарный режим работы по выходному давлению, величина которого задана потребителем газа. В случае снижения потребления газа давление в выходном трубопроводе увеличивается, при этом поршень (8) перемещается влево. Проходное дросселирующее сечение уменьшается, что снижает расход газа, восстанавливая требуемое давление на выходе. При уменьшении выходного давления (увеличении потребления газа) регулятор работает в обратном порядке.
При этом за счет того, что в конструкции предложенного регулятора применена дополнительная разгрузочная полость (15), которая совместно с основной разгрузочной полостью (10) сообщена с полостью входа газа (1) посредством приемника полного давления, обеспечивается практически полная разгрузка клапана (5) вне зависимости от расхода газа через регулятор. Существенно и то обстоятельство, что при использовании протока загрязненного газа в полости приемника полного давления (17) через каналы перепуска (18), подключенные к полости входа (1), в загрузочные полости регулятора поступает существенно очищенный (за счет инерционного разделения) газ, что исключает износ уплотнений и нарушение режима регулирования. При этом величина заданного потребителем выходного давления при необходимости может изменяться в широких пределах регулированием давления газа в управляющей полости (11), согласованного через пилот управления с давлением газа, поступающего в полость (12) регулятора из полости (2) выхода, причем пределы регулирования не зависят от жесткости пружины, а определяются площадью сечения кольцевой щели между клапаном (5) и седлом (6).
В предложенном регуляторе диаметр корпуса (3) конструктивно не ограничен, поэтому даже при малых отклонениях давления в полости выхода газа изменение усилия на поршне (8) становится достаточным, чтобы переместить регулирующий клапан (5) и восстановить заданное давление. Кроме того, постоянное равенство давлений в полостях, разделенных клапаном (5), повышает надежность уплотнений на подвижном корпусе клапана (5) и устойчивость режима регулирования.
Таким образом, предложенная конструкция регулятора обеспечивает достаточную точность, устойчивость и широкие пределы процесса регулирования давления газа, что позволяет повысить безопасность, автоматизировать процессы регулирования, получить экономию газа и снизить затраты труда на газораспределительных станциях, а также повысить качество технологических процессов на предприятиях-потребителях газа.