РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
GAS PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования давления газа и, может быть использовано в системах газоснабжения промышленных, сельскохозяйственных объектов, а также на объектах коммунально-бытового хозяйства, требующих автоматического поддержания выходного давления газа на заданном уровне.
Регулятор по заявляемому изобретению предназначен для редуцирования и автоматического поддержания давления газа на выходе регулятора, независимо от отбора газа потребителем и колебания давления газа на входе регулятора.
Известен регулятор давления непрямого действия (патент РФ № 2375737, опубл. 10.12.2009) содержащий наружный и внутренний цилиндрические корпуса, полости входа и выхода газа, расположенные коаксиально относительно друг друга, чувствительный элемент, выполненный в виде поршня, полости командного и выходного давления, регулирующий орган и шток. При этом регулирующий орган выполнен в виде двух разрезных пружин сжатия и растяжения с клапанами, жестко соединенными между собой штоком, а полости командного и выходного давления чувствительного элемента снабжены трубками для подвода газа.
Известен регулятор давления газа (патент РФ №168803, опубл. 21.06.2016г.), содержащий усилитель, корпус, крышку, седло и поршневой клапан. Пружинная полость поршневого клапана сообщена с участком за регулятором давления и является полостью обратной связи. Противоположная полость поршневого клапана является командной. Команда в эту полость подается от усилителя, служащего для включения регулятора в работу, задания и поддержания режимов его работы. Мембрана усилителя перемещает двойной клапан, в котором формируется командное давление, определяемое затяжкой настроечной пружины и уровнем выходного давления за регулятором. При заданном конструктивом усилителя диаметре мембраны усилителя равновесие мембраны определяется усилием от давления на выходе из регулятора (обратная связь) и усилием настроечной пружины. Чем выше задаваемый уровень давления на выходе из регулятора, тем выше усилие от этого давления на мембрану и тем выше должно быть усилие настроечной пружины. Для компенсации этого усилия пружинная полость мембраны снабжена дополнительной пружиной. Выбор усилия дополнительной пружины зависит от уровня выходного давления за регулятором и соответственно уровня усилия на мембрану от этого давления.
Известно исполнительное устройство регулятора давления (патент РФ № 2601980,  опубл.10.11.2016г.), содержащее корпус с седлом, эластичным затвором, входной, выходной и управляющей камерами, а также каналом для соединения управляющей камеры с управляющим устройством, пневмоуправляемое запорное устройство, отличающееся тем, что 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.
Известен регулятор давления газа (патент РФ №2361261, опубл.27.02.2009), содержащий каналы входа и выхода газа, корпус с задней крышкой, внутри которого на штоке, установленном с возможностью осевого перемещения, закреплены поршневой клапан, сообщающий каналы входа и выхода газа, и регулирующий поршень, разделенные между собой с образованием соответственно разгрузочной полости и полости управляющего давления, а между регулирующим поршнем и задней крышкой корпуса образована полость выходного давления, разгрузочная полость сообщена с каналом входа газа, а полость выходного давления сообщена с каналом выхода газа, отличающийся тем, что полость управляющего давления сообщена с системой командного давления посредством системы демпфирования, которая включает разделительную емкость с газовой и гидравлической полостями и жиклер, газовая полость сообщена с системой командного давления газа, а гидравлическая через жиклер - с полостью управляющего давления. (принят за прототип)
Среди имеющихся конструкций регуляторов выявляются следующие недостатки;
- сложность конструкции;
- не полнопроходность регулятора давления;
- наличие эластичных затворов, изготовленных из полимерных материалов, подвергающихся постоянной деформации;
- крупные габариты.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание простой и надежной конструкции регулятора давления газа.
Технический результат заключается в получении простой в эксплуатации и надежной конструкции регулятора давления газа, обеспечивающей высокую точность регулирования в большом диапазоне давлений.
Технический результат достигается тем, что регулятор давления газа содержит каналы входа и выхода газа, корпус, внутри которого размещены регулирующий поршень и одна камера управления перемещением поршня, сообщающаяся с системой командного давления, пилотный регулятор давления с камерой редуцирования, сообщающейся с камерой управления поршнем и каналом входа газа.
Техническое решение иллюстрируется фиг.1, где представлен общий вид регулятора давления газа с исполнительным устройством.
Регулятор давления газа состоит из клапана газового 1 поршневого типа и пилотного регулятора давления газа 2.
Клапан газовый поршневой 1 содержит корпус 3 с торцевыми каналами входа 4 и выхода 5 газа. В нижней части корпус снабжен отверстием 6 для слива конденсата. В корпусе клапана 1 размещен с возможностью перемещения в осевом направлении поршень 7, поджимаемый пружиной 8 к уплотнительному элементу 9, закрепленному болтом 10 на входном фланце 11, и имеющий радиально расположенные отверстия 12 площадью обеспечивающей полнопроходность клапана 1, камера управления поршнем 13, сообщаемая с каналом выхода газа 5. Пружина 8, опираясь на выходной фланец 14, поджимает поршень 7. Степень поджатия пружины 8 регулируется пилотным регулятором 2.
В верхней части клапан 1 соединен посредством технологических каналов 15 и 16 с входом 19 пилотного регулятора 2, при этом камера управления поршнем 13 сообщается с технологическим каналом 16, а канал входа газа 4 сообщается с технологическим каналом 15, на котором установлен дроссель 18 в виде игольчатого клапана.
Пилотный регулятор давления газа 2 включает корпус 17 с каналом входа импульсного газа 19 и каналом выхода импульсного газа 20. В корпусе выполнен поршень 21, имеющий возможность осевого перемещения и открывающий ток импульсного газа из канала 19 в камеру редуцирования 22, которая отделена от настроечной камеры 23 мембраной 24. Открытие тока газа через седло 25 обеспечивается воздействием задающей пружины 26 на поршень 21, отжимая его от седла 25. Степень поджатия задающей пружины  определяется регулировочным болтом 27.
Описание работы устройства
В исходном состоянии газ поступает в клапан газовый поршневой 1 через канал входа 4, пилотный регулятор давления газа 2 нормально закрыт, т.к. задающая пружина 22 пилотного регулятора 2 не сжата. Течение газа через пилотный регулятор 2 при этом отсутствует, попадающее через каналы 15 и 16 входное давление попадает в камеру управления поршнем 13, поджимая поршень 7, клапан 1 нормально закрыт.
Часть потока со входа 4 поршневого клапана поступает через технологический канал 15 и вход пилотного регулятора 19 под седло 25 пилотного регулятора 2.
Настройка (установка) номинальной величины выходного давления, относительно которого осуществляется регулирование, реализуется степенью сжатия задающей пружины 26 пилотного регулятора 2. В зависимости от затяжки задающей пружины 26, задаваемой регулировочным болтом 27 в настроечной камере 23 изменяется зазор между поршнем 21 и седлом 25,  через который проходит газ и тем самым регулируется расход газа через него, которое в свою очередь приводит к изменению управляющего давления в камере управления поршнем 9.
При затяжке задающей пружины 26 посредством регулировочного болта 27, поршень 21 отходит от седла 25 и начинается  ток газа.
В процессе работы, пилотный регулятор 2 сбрасывает часть поступающего газа в выходной трубопровод через седло 25 и канал выхода 20. При этом поступление газа на пилотный регулятор ограничено вентилем (дросселем) 18.
При  уменьшении проходного сечения дросселя (игольчатого вентиля 18) за счет ограничения поступления газа создается перепад между входным давлением на входе 4 и давлением в камере управления поршнем 9, осуществляется перемещение поршня 7 и открытие тока газа в запоршневое пространство из канала 4 на выход через канал 5. Степень перемещения регулировочного поршня 7 и соответственно открытия клапана зависит от давления в камере управления поршнем 9, которое соответственно регулируется пилотным регулятором 2 и автоматически изменяется в зависимости от давления газа в камере 22.
Клапан 1 остается в открытом положении до тех пор, пока давление, подаваемое по импульсной линии в камеру редуцирования 22, не нарушит баланс противодействующих сил: давление газа на мембрану 24 и усилие, создаваемое задающей пружиной 26. Когда в системе после клапана газового поршневого 1 давление приближается к заданному на пилотном регуляторе 2, последний  прекращает сбрасывать газ, и участок вентиль18– пилотный регулятор 2 заполняется газом до значения входного давления, давление в камере управления 9 выравнивается с входным и сдвигает поршень 7, прижимая его к уплотнительному элементу 9 входного фланца 11, обеспечивая герметичность клапана 1 (площадь поверхности поршня со стороны управляющей камеры больше чем со стороны входного давления и баланс сил сдвинут в сторону управляющей камеры).
Преимущества заявляемого изобретения:
- простота конструкции и обслуживания;
- ремонтопригодность;
- исполненные из коррозионностойкой стали, заявляемые регуляторы обладают длительным сроком эксплуатации;
- возможность работы на давлении до 10 МПа, обладая при этом малогабаритными размерами;
- возможность создать перепад с наивысшего рабочего 10 МПа до наименьшего выходного 0,1 МПа за одну ступень редуцирования.
За счет простоты конструкции и полной ремонтопригодности каждого элемента конструкции регулятора достигается его надежность и простота эксплуатации. Отсутствие эластичных элементов большой площади позволяют сократить габаритные размеры и увеличить диапазон входных давлений за счет отсутствия малопрочных материалов. Регулируемый дроссель обеспечивает высокую чувствительность регулятора. Исполнение в материалах устойчивым к низким температурам позволяет использовать регулятор в одностадийном редуцировании с максимального входного до минимального выходного давления.