УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
IMPROVED GAS PRESSURE CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к регулятору давления газа. В частности, изобретение относится к регулятору давления газа, снабженному шумопонижающим устройством.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Используемые в настоящее время регуляторы давления также широко известны как «редукторы давления», потому что их регулирующее действие достигается уменьшением давления подачи газа через элементы создания ламинарного потока.
Известные регуляторы обычно содержат главный корпус с входом, через который втекает газ под высоким давлением, и выход, из которого вытекает газ с пониженным давлением. В этом главном корпусе расположены средства управления и регулирования потока газа.
Управляющие и регулирующие средства содержат по меньшей мере один затвор, приводимый в действие системами пружины, и диафрагмы, которые обеспечивают возможность скольжения затвора по его оси, и управляющее устройство, которое измеряет давление газа до регулятора и после него и управляет затвором, соответственно приводя в действие диафрагму.
Затвор, обычно цилиндрической формы, может перемещаться вдоль оси между двумя граничными положениями: первым положением перекрытия газа, в котором затвор по существу прижат к соответствующему корпусу, и вторым, полностью открытым положением, соответствующим максимальному размеру отверстия для протекания газа.
Течение газа перекрывается с помощью уплотнительного кольца или прокладки, обычно прикрепленных к подвижному затвору и предназначенных для взаимодействия с корпусом. Таким образом, эффект ламинарного потока газа сосредоточен у корпуса.
Это создает большой уровень шума при работе редуктора в установившемся режиме.
Шум вызывают физические процессы, которые происходят при понижении давления: газ вытекает из закрытого затвором отделения, ограниченного диафрагмой, с высокой скоростью, которая при условиях «сверхкритического» падения давления может даже достигать скорости звука; поэтому скорость вытекания газа из отделения, закрытого затвором, значительно отличается от скорости газа в трубе ниже по потоку, и это отличие создает различного размера пузырьки газа (на жаргоне профессионалов известные как «пузырьки турбулентности»), которые непрерывно выделяются самим потоком газа. Вызванные этим процессом колебания давления производят шум. Чем выше скорость потока, тем больше шум. Вызванный этим эффектом шум распространяется по ходу потока по трубе, которая, в свою очередь, становится источником шума.
Кроме этого, при «сверхкритическом» падении давления изменение от давления приходящего потока к давлению исходящего потока происходит нестационарными периодами времени (называемыми «ударные волны»), которые вызывают увеличение всплесков шума. Эти волны также вызывают механические вибрации, которые производят еще больше шума.
В последние годы производители регуляторов давления сконцентрировали свои исследования на шумопонижающих устройствах для уменьшения создаваемого регуляторами шума.
К настоящему времени используются два типа шумопонижающих устройств: шумопонижающие устройства, которые воздействуют на источник шума, и такие, которые уменьшают уже созданный шум.
Первые содержат и устройства разделения потока, и устройства, которые разделяют всю ступень давления на ряд ступеней понижения давления.
Устройства второго типа, которые уменьшают созданный шум, действуют путем поглощения шума, и их располагают ниже по потоку, чем область ламинарного течения газа. Эти устройства обычно содержат вставки, изготовленные из пористого материала, предназначенного для поглощения звуковых волн.
Из всех вышеупомянутых устройств поглощающие звук устройства являются наиболее сложными и громоздкими, так как их вставки надо размещать внутри корпусов регуляторов давления. В связи с этим корпус регулятора должен иметь больший размер для размещения вставки, что, в свою очередь, означает утяжеление регуляторов и увеличение стоимости.
Устройства, которые действуют по принципу разделения ступени давления, также очень сложны, даже на этапе проектирования, и имеют очень сложные конструкции самих регуляторов.
Из вышеупомянутых устройств разделители потока, вне всякого сомнения, являются наиболее практичными и экономичными, так как они обязательно содержат поверхность, через которую проходит газ и которая разбивает поток газа на ряд меньших потоков, что, как показало множество опытов, значительно уменьшает производимый шум. Однако и эти устройства не полностью свободны от недостатков.
Главный их недостаток состоит в том, что они не могут быть установлены, пока регулятор давления не разобран полностью. Это означает, что если был установлен шумопонижающий элемент определенного типа, то он не может быть заменен без полной разборки регулятора. Однако во многих случаях шумопонижающее устройство регулятора, которое уже было установлено, нужно заменять, когда оно превышает допустимые уровни шума или должно быть приспособлено к отличающимся характеристикам потока.
Также шумопонижающее устройство нуждается в замене при износе.
В таких ситуациях замена шумопонижающих устройств в известных регуляторах давления влечет за собой значительные трудности при сборке.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель этого изобретения состоит в создании регулятора давления, в котором устранены упомянутые выше недостатки и который прост и недорог в сборке и практичен в обслуживании.
Технические характеристики изобретения в соответствии с указанными выше целями ясно следуют из содержания прилагаемой формулы изобретения, в частности из пункта 1, а также из любого пункта, прямо или косвенно зависимого от пункта 1.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Кроме этого, преимущества изобретения являются очевидными из следующего ниже подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют предпочтительный вариант выполнения изобретения, представленный исключительно в качестве примера без ограничения объема изобретения, и на которых:
Фиг.1 изображает упрощенный разрез предпочтительного варианта предложенного регулятора давления;
Фиг.2 изображает вид в аксонометрии в разобранном виде двух частей регулятора давления, показанного на фиг.1;
Фиг.3 изображает вид в аксонометрии двух частей, показанных на фиг.2, перед их сборкой;
Фиг.4 изображает вид в аксонометрии двух частей, показанных на фиг.2, после сборки;
Фиг.5 изображает упрощенный разрез регулятора давления, показанного на фиг.1, во время этапов сборки/разборки, проиллюстрированных на фиг.2-4;
Фиг.6 изображает упрощенный вид сбоку в разрезе другого варианта выполнения частей, показанных на фиг.2;
Фиг.7 изображает упрощенный разрез двух частей, показанных на фиг.6, после их сборки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
В соответствии с фиг.1 номер 1 позиции обозначает весь регулятор давления газа в соответствии с изобретением.
Регулятор 1 давления содержит основной корпус 2 с входным отверстием 3, через которое входит газ с первым давлением подачи и которое соединено с соответствующей первой входной трубой 4, и отверстие 5 для выхода газа, соединенное с соответствующей второй выходной трубой 6, в которой газ течет под давлением, которое отличается от давления подачи.
Вторая выходная труба 6 расположена ниже по потоку, чем первая входная труба 4, относительно направления, указанного стрелкой F1, в котором газ протекает через регулятор 1.
Между первой трубой 4 и второй трубой 6 имеется осесимметричный корпус 7, который подробно описан ниже, ограничивающий калиброванный проход 8 для газа.
Внутри регулятора 1 также содержится затвор 9, который перемещается вдоль первой линии D для регулировки отверстия прохода 8 между первым конечным положением, изображенным на фиг.1, в котором проход закрыт, и полностью открытым положением, которое не показано на чертежах.
Затвор 9 содержит пустотелый цилиндрический корпус 10, имеющий центральную ось А, и расположенный на его нижнем конце 9а элемент 11 для закрывания прохода 8.
Закрывающий элемент 11 содержит две детали 11а и 11b, присоединенные к цилиндрическому корпусу 10; эти две детали 11а, 11b имеют зажатую между ними уплотняющую прокладку 12, предназначенную для взаимодействия с соответствующей установочной канавкой 101 для того, чтобы закрыть проход 8. Как изображено на фиг.2, канавка 101 имеет форму кольца и выполнена за одно целое с осесимметричным корпусом 7.
Проход 8 изображен на фиг.1 по существу в закрытом состоянии и при работе ограничен зазором между уплотняющей прокладкой 12 и соответствующей установочной канавкой 101, образованным при движении затвора 9.
На фиг.1 видно, что на основном корпусе 2 расположено устройство 14 для приведения в действие затвора 9, содержащее первую верхнюю вогнутую крышку 15 и вторую нижнюю вогнутую крышку 16, соединенные таким образом, что их полости обращены друг к другу, ограничивая пространство V.
В пространстве V расположена диафрагма 17 в форме кольца, наружная кромка которой плотно зажата между двумя крышками 15, 16; диафрагма 17 разделяет пространство V на две камеры V1, V2, объем которых изменяется в зависимости от рабочих параметров регулятора 1 давления.
Приводное устройство 14 также содержит два фланца 18 и 19, соответственно, верхний и нижний, которые плотно зажимают между собой внутреннюю кромку кольцевой диафрагмы 17.
Регулятор 1 также содержит цилиндрическую гильзу 13, в которой с возможностью скольжения расположен затвор 9 и которая неподвижно прикреплена к нижней вогнутой крышке 16.
При более подробном рассмотрении на фиг.5 ясно видно, что нижняя крышка 16 имеет центральное круглое отверстие 200, внутренняя поверхность которого имеет резьбовую часть 201.
Часть 13а наружной поверхности цилиндрической гильзы 13 также имеет резьбу, так что она может быть ввинчена в резьбовую часть 201 крышки 16.
Таким образом, гильза 13 может быть вставлена в основной корпус 2 и извлечена из него без необходимости снятия нижней крышки 16.
Два фланца 18 и 19 прочно соединены один с другим и прикреплены к затвору 9 крепежными элементами 21.
В цилиндрическом корпусе 10 затвора 9 помещен блок 30 пружины регулятора, содержащий спиральную пружину 31, действующую путем сжатия вдоль оси А, и первую и вторую накладки 33, 34, соответственно, верхнюю и нижнюю, находящиеся в контакте с соответствующими противоположными концами пружины 31.
Нижняя накладка 34 упирается в круговой выступ, образованный внутри полого цилиндрического корпуса 10.
Кольцевая гайка 45 навернута на соответствующую резьбовую внутреннюю часть на верхнем конце 9b затвора 9.
Регулятор 1 также содержит шумопонижающий элемент 102 типа разделителя потока, размещенный в осесимметричном корпусе 7.
Как ясно изображено на фиг.2-4, шумопонижающий элемент 102 содержит по существу цилиндрическую стенку 103 с отверстиями 104, выполненными в ней для прохода газа. Для простоты на прилагаемых чертежах изображена только часть отверстий 104.
В другом варианте выполнения, изображенном на фиг.6 и 7, шумопонижающий элемент 102 содержит цилиндрическую стенку 110, изготовленную из проволочной сетки.
Цилиндрическая стенка 110 содержит две противоположных круговых кромки 112, на которых установлены два придающих жесткость кольца 113, для создания возможности закрепления осесимметричного корпуса 7.
Со ссылкой на фиг.2, которая изображает элемент 102 и корпус 7, извлеченные из регулятора 1, осесимметричный корпус 7 содержит круговую цилиндрическую стенку 70 с окнами 71, которые имеют примерно прямоугольную форму и равномерно распределены по окружности стенки 70.
Каждое из окон 71 образует соответствующий проход, через который газ из первой трубы 4 проходит во вторую трубу 6 регулятора 1.
Как было отмечено выше, фиг.2 изображает шумопонижающий элемент 102, извлеченный из корпуса 7, который предпочтительно, но не обязательно, изготовлен из листового металла с выполненными в нем отверстиями 104.
Действие отверстий 104 направлено на то, чтобы разделить поток газа, проходящий между первой трубой 4 и второй трубой 6, на меньшие потоки по меньшей мере на короткое расстояние вблизи области регулирования давления газа. Вследствие такого разделения, основанного по существу на известных явлениях динамики текучих сред, которые не будут описаны, так как выходят за пределы объема изобретения, создаваемый шум значительно уменьшается. Это уменьшение было продемонстрировано экспериментально.
Корпус 7 также содержит кольцевую часть 72, начинающуюся у нижней области 70а цилиндрической стенки 70 и проходящую по направлению внутрь корпуса 7.
Как изображено на фиг.1 и 2, кольцевая часть 72 образует вышеупомянутую установочную канавку 101 затвора 9.
Кольцевая часть 72 корпуса 7 дополнительно имеет выемку 73, также кольцеобразной формы.
Как ясно изображено на прилагаемых чертежах и более подробно описано ниже, шумопонижающий элемент 102 размещен в осесимметричном корпусе 7 с возможностью извлечения.
Подробнее, со ссылками на фиг.2-4, в указанной кольцевой выемке 73, выполненной в части 72, в собранном виде расположена нижняя кромка 103а цилиндрической стенки 103 шумопонижающего элемента 102.
Как изображено на фиг.2, шумопонижающий элемент 102 имеет разрыв на своей окружности, то есть щель в цилиндрической стенке 103, который предназначен для того, чтобы элемент 102 мог упруго деформироваться. Фиг.3 иллюстрирует, как упругая деформация уменьшает размер окружности шумопоглощающего элемента 102.
Разрыв окружности предпочтительно, но не обязательно, выполнен в элементе 102, выполненном из листового металла.
Если шумопонижающий элемент 102 содержит стенку 110, изготовленную из проволочной сетки, то в ней нет такого разрыва.
В других возможных вариантах выполнения элемента 102, которые не показаны, цилиндрическая стенка 103 изготовлена из пластмассы или керамического материала вместо металла.
Другими словами, боковая поверхность стенки 103, которая ограничивает элемент 102, не является непрерывной и поэтому имеет две обращенных друг к другу концевых кромки 103b, 103c, которые расположены на расстоянии друг от друга, когда элемент 102 извлечен из корпуса 7.
Упругость материала стенки 103 создает возможность с минимальными усилиями сдвигать друг к другу две разнесенных кромки 103b, 103с с помощью упругой деформации самой цилиндрической стенки 103. Сдвиг кромок 103b, 103с друг к другу уменьшает общий размер окружности элемента 102, так что он может быть вставлен в корпус 7, как изображено на фиг.3 и 4.
Вставленный внутрь корпуса 7 упругодеформированный элемент 102 прикладывает соответствующую упругую силу по существу в радиальном направлении к внутренней поверхности 70b стенки 70 корпуса 7.
Как изображено на фиг.1, корпус 7 расположен между гильзой 13 и частью основного корпуса 2 с обеспечением следования газа, текущего из входной трубы 4 в проход 8, четко определенным путем.
Вышеупомянутая упругая сила прочно удерживает вместе элемент 102 и корпус 7, предотвращая их скольжение относительно друг друга, даже если через регулятор 1 течет газ под высоким давлением.
Если элемент 102 содержит стенку 110 из проволочной сетки, она преимущественно вставлена в корпус 7 таким образом, что придающие жесткость кольца 113 прижаты к внутренней поверхности 70b корпуса 7, таким образом прочно удерживая его на месте при работе, но обеспечивая возможность его легкого извлечения для обслуживания и/или замены.
Фиг.1 и 5 изображают, как корпус 7 расположен в ступенчатом круговом гнезде 202, выполненном в основном корпусе 2 регулятора 1 и, когда регулятор 1 собран, удерживается на месте гильзой 13. На нижнем конце 13b гильзы 13 имеется соответствующий уступ 203, предназначенный для взаимодействия с верхней кромкой 70 с корпуса 7.
Как изображено на фиг.5, корпус 7 и/или элемент 102 могут быть вставлены и/или извлечены из регулятора 1 путем простого удаления его некоторых частей без необходимости, например, удаления нижней крышки 16.
Также благодаря осесимметричному корпусу 7 могут быть использованы легко снимаемые и устанавливаемые взаимозаменяемые шумопонижающие элементы различных типов, например, перфорированные металлические листы или проволочные сетки.