РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
GAS PRESSURE CONTROLLER

Изобретение относится к устройствам для регулирования давления газа и может быть использовано в газовой и других отраслях промышленности.
Известны регуляторы давления газа непрямого действия с управляющим устройством, в которых изменение проходного сечения происходит за счет изменения прогиба эластичной (упругой) диафрагмы (затвора) под действием внешнего управляющего давления (В.М.Плотников, В.А.Подрешетников, А.П.Дроздов, В.У.Гончаров. Регуляторы давления газа. - Л.: Недра, 1982, стр.80, рис.36; стр.84, рис.38.; патент №2239862, МКИ G05D 16/06, опубл. 10.11.2004).
Недостатком данных устройств является то, что контрольный осмотр и замену упругого затвора исполнительного устройства невозможно произвести без демонтажа регулятора давления с газового трубопровода, а также сложность конструкции дроссельного корпуса и упругого затвора исполнительного устройства, имеющих кольцевое сечение.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является регулятор давления газа RMG 502 (Техническая информация 502.00. Издание 06/1999. Регулятор давления газа RMG. Интернет: http://www.rmg.de).
Регулятор RMG 502 содержит исполнительное устройство на основе регулирующего клапана (регулирующий клапан RMG 502), выполненного в виде мембранного вентиля, пилот (регулятор RMG 630) и фильтр (RMG 905). Исполнительное устройство содержит дроссельный корпус со щелями или отверстиями на плоской дросселирующей поверхности, упругий затвор (мембрану), закрепленный в дроссельном корпусе и прилегающий к дросселирующей поверхности корпуса, входную, выходную и управляющую камеры и пружинный механизм, обеспечивающий при закрытии регулятора давления прижим упругого затвора с заданной силой к плоской дросселирующей поверхности. Пилот состоит из регулирующего клапана, мембраны, а также механизма настройки и соединен через фильтр и дроссель с входной, а затем с управляющей и выходной камерами исполнительного устройства.
Достоинством регулятора давления данной конструкции является удобство технического обслуживания, позволяющее производить контрольный осмотр и замену упругого затвора (мембраны) исполнительного устройства без демонтажа регулятора давления с газового трубопровода.
Основным недостатком данного регулятора давления является сложность конструкции исполнительного устройства, обусловленная наличием пружинного механизма прижима упругого затвора к плоской дросселирующей поверхности дроссельного корпуса при закрытии регулятора, а также возможность появления локальных гофр даже при незначительной остаточной деформации упругого затвора, неизбежно возникающей в процессе эксплуатации, что снижает надежность работы регулятора.
Задачей создания заявляемого устройства является повышение надежности работы регулятора давления, а также его упрощение за счет усовершенствования конструкции исполнительного устройства, при которой исключается возможность возникновения локальных гофр на упругом затворе и обеспечивается герметичность закрытия регулятора давления, при этом отсутствует пружинный механизм прижима упругого затвора.
Решение указанной задачи достигается за счет того, что регулятор давления газа, содержащий исполнительное устройство с дроссельным корпусом, контактирующим с упругим затвором, входной, выходной и управляющей камерами, а также пилот с регулирующим клапаном, мембраной и механизмом настройки, причем входная камера исполнительного устройства соединена через фильтр и дроссель с управляющей камерой и пилотом, а пилот связан с выходной камерой исполнительного устройства, при этом поверхность дроссельного корпуса, контактирующая с упругим затвором, имеет выпуклую форму, например сферическую, а контакт упругого затвора с выпуклой поверхностью дроссельного корпуса осуществлен с натяжением, величина которого больше остаточной деформации упругого затвора. То есть контакт упругого затвора с выпуклой поверхностью дроссельного корпуса в процессе эксплуатации регулятора всегда осуществляется с натяжением упругого затвора. Кроме этого во входную камеру исполнительного устройства введен обратный клапан, образующий камеру под упругим затвором и обеспечивающий снижение давления в этой камере по сравнению с давлением во входной камере, а следовательно, и в управляющей камере исполнительного устройства.
Анализ найденных в результате поиска патентных и информационных материалов по регуляторам давления газа позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство не известно из уровня техники, то есть является новым. При этом конструктивные изменения предлагаемого устройства не следуют явным образом из анализируемых источников. Следовательно, заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен общий вид регулятора давления газа.
Регулятор давления газа содержит исполнительное устройство 1, пилот 9 и фильтр 17. Исполнительное устройство 1 состоит из упругого затвора 2, дроссельного корпуса 3, входной 4 и выходной 5 камер для подачи и отвода газа, а также управляющей камеры 6, расположенной над упругим затвором 2. Упругий затвор 2 выполнен из эластичного материала, например резино-пластиковой смеси, и закреплен в исполнительном устройстве 1. Поверхность дроссельного корпуса 3, контактирующая с упругим затвором 2, имеет выпуклую форму, например сферическую, и на этой поверхности выполнены щели или отверстия. Упругий затвор 2 контактирует с выпуклой поверхностью дроссельного корпуса 3 с натяжением, величина которого больше остаточной деформации упругого затвора 2. Пилот 9 содержит регулирующий клапан 10 с пружиной 15, который контактирует с мембраной 11, а также механизм настройки 12 с регулировочным винтом 13 и пружиной 14, взаимодействующий с мембраной 11 с другой стороны. Входная камера 4 исполнительного устройства 1 соединена каналом 18 с фильтром 17, который в свою очередь связан с дросселем 8 каналом 19, а дроссель 8 соединен каналом 20 с камерой 21 регулирующего клапана 10 пилота 9. Камера 21 каналом 22 связана с управляющей камерой 6 исполнительного устройства 1. Пилот 9 соединен с выходной камерой 5 исполнительного устройства 1 каналом 23. Во входной камере 4 исполнительного устройства 1 расположен обратный клапан 16, образующий под упругим затвором 2 камеру 7 и обеспечивающий снижение давления в камере 7 по сравнению с давлением во входной камере 4, а следовательно, и в управляющей камере 6 исполнительного устройства 1.
Регулятор давления газа работает следующим образом.
Газ высокого давления из входной камеры 4 исполнительного устройства 1 по каналу 18 поступает на фильтр 17, а затем по каналу 19 на дроссель 8. После дросселя 8 газ по каналу 20 попадает в камеру 21 регулирующего клапана 10 пилота 9, а затем по каналу 22 - в управляющую камеру 6 исполнительного устройства 1. Кроме того, газ из входной камеры 4 исполнительного устройства 1 через обратный клапан 16 поступает в камеру 7. Обратный клапан 16 настроен таким образом, чтобы давление в камере 7 было меньше на заданную величину давления во входной камере 4, а следовательно, и в управляющей камере 6 исполнительного устройства 1.
В исходном состоянии (до настройки пилота 9) регулировочный винт 13 вывинчен, пружина 14 находится в свободном состоянии, регулирующий клапан 10 закрыт, так как усилие на нем от действия перепада давления газа на мембране 11 меньше, чем усилие постоянно сжатой пружины 15, действующее в сторону закрытия регулирующего клапана 10. Расход газа через дроссель 1 отсутствует, поэтому давление в камере 21 регулирующего клапана 10, а также связанной с ней каналом 22 управляющей камере 6 исполнительного устройства 1 выше, чем давление в камере 7 исполнительного устройства 1 на величину, настроенную обратным клапаном 16. При этом благодаря наличию натяжения упругого затвора 2 исполнительного устройства 1, а также перепаду давления между управляющей камерой 6 и камерой 7, действующего на упругий затвор 2 в сторону дроссельного корпуса 3, упругий затвор 2 герметично прилегает к выпуклой поверхности исполнительного устройства 1, не пропуская газ из камеры 7 через щели или отверстия на выпуклой поверхности дроссельного корпуса 3 в выходную камеру 5. В этом случае регулятор давления газа закрыт, то есть расход газа через него отсутствует.
Настройка регулятора давления газа на требуемое значение выходного давления выполняется следующим образом. С помощью регулировочного винта 13 пружина 14 сжимается на определенную величину, усилие сжатой пружины 14, достаточное для сжатия пружины 15, воздействует на мембрану 11, контактирующую с регулирующим клапаном 10, приводя к прогибу мембраны 11, сжатию пружины 15 и приоткрытию регулирующего клапана 10. Газ из камеры 21 регулирующего клапана 10, а также из управляющей камеры 6 исполнительного устройства 1 по каналу 22, через приоткрытый регулирующий клапан 10 и канал 23 поступает в выходную камеру 5 исполнительного устройства 1 (в область низкого давления), давление в управляющей камере 6 снижается. Упругий затвор 2 под действием давления газа в камере 7, расположенной под упругим затвором исполнительного устройства 1, приоткрывается, и газ из камеры 7 через щели или отверстия на выпуклой поверхности дроссельного корпуса 3 поступает в выходную камеру 5 и далее - потребителю. В выходной камере 5 исполнительного устройства 1 устанавливается заданное значение выходного давления.
При изменении потребления газа пилот 9 осуществляет автоматическое поддержание заданного выходного давления путем регулирования давления в управляющей камере 6 исполнительного устройства 1.
Если расход газа увеличивается, то давление в выходной камере 5 исполнительного устройства 1 и канале 23 снижается, равнодействующая сил от действия перепада давления газа на мембране 11 и усилий сжатых на определенную величину пружин 14, 15 направлена таким образом, что вызывает дополнительный прогиб мембраны 11, дальнейшее приоткрытие регулирующего клапана 10 и, как следствие, увеличение проходного сечения регулирующего клапана 10. Давление в камере 21 регулирующего клапана 10, а также в управляющей камере 6 исполнительного устройства 1 снижается, упругий затвор 2 еще более приоткрывается, расход газа через щели или отверстия на выпуклой дросселирующей поверхности дроссельного корпуса 3 увеличивается, давление газа в выходной камере 5 исполнительного устройства 1 повышается до восстановления первоначально заданного значения.
В случае уменьшения потребления газа давление в выходной камере 5 исполнительного устройства 1 и канале 23 повышается, равнодействующая сил от действия перепада давления газа на мембрану 11 и усилий сжатых на определенную величину пружин 14, 15 направлена таким образом, что вызывает уменьшение прогиба мембраны, пружина 15 перемещает регулирующий клапана 10 в сторону закрытия, уменьшая проходное сечение регулирующего клапана 10. Давление в камере 21 регулирующего клапана 10, а также в управляющей камере 6 исполнительного устройства 1 повышается, упругий затвор 2 прикрывается, расход газа через щели или отверстия на выпуклой дросселирующей поверхности дроссельного корпуса 3 уменьшается, давление в выходной камере 5 исполнительного устройства 1 снижается до восстановления первоначально заданного значения.
Изменение конструкции известного регулятора давления газа вызвано практикой эксплуатации. В предлагаемом регуляторе давления газа поверхность дроссельного корпуса 3, контактирующая с упругим затвором 2, имеет выпуклую форму, например сферическую, а контакт упругого затвора с выпуклой поверхностью дроссельного корпуса осуществлен с натяжением, величина которого больше остаточной деформации упругого затвора. Это позволяет обеспечить надежную работу регулятора без появления локальных гофр на упругом затворе 2. Кроме того, во входной камере 4 исполнительного устройства 1 расположен обратный клапан 16, образующий под упругим затвором 2 камеру 7 и обеспечивающий снижение давления на заданную величину в камере 7 по сравнению с давлением в управляющей камере 6. При этом благодаря наличию натяжения упругого затвора 2 исполнительного устройства 1, а также перепаду давления между управляющей камерой 6 и камерой 7, действующего на упругий затвор 2 в сторону дроссельного корпуса 3, упругий затвор 2 герметично прилегает к выпуклой поверхности исполнительного устройства 1, обеспечивая надежное закрытие регулятора без пружинного механизма прижима упругого затвора. Таким образом, повышается надежность работы регулятора и упрощается его конструкция.