РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Полезная модель относится к устройствам для автоматического поддержания давления рабочей среды на заданном уровне и может быть использовано в системах обеспечения природным газом производственных и коммунальных потребителей.
6
Известен регулятор давления по патенту на изобретение РФ №203929, МПК G05D 16/06, опубл. 10.04.1995, содержащий корпус с входной и выходной камерами, между которыми последовательно расположены седло отсечного клапана, связанного с узлом установки этого клапана в открытое положение, и седло регулирующего клапана, шток которого связан с первым плечом двуплечего рычага, второе плечо которого связано с мембраной, нагруженной пружиной задания и образующей с корпусом управляющую полость, которая сообщена через импульсную трубку с выходной камерой. Также данный регулятор давления содержит компенсационную пружину растяжения, один конец которой соединен с вторым плечом двуплечего рычага, а другой конец соединен с корпусом на расстоянии от штока регулирующего клапана большем расстояния от этого штока до оси поворота двуплечего рычага.
Недостатком этого технического решения является отсутствие в конструкции разгрузочного элемента, который служит для уменьшения влияния изменений входного давления на регулирующий клапан. Эта меняющаяся по величине сила передается через двуплечий рычаг на мембрану и пружину задания, что приводит к нестабильности регулировки выходного давления.
5
Наиболее близким техническим решением, устраняющим этот недостаток и выбранным в качестве прототипа, является регулятор давления по патенту на изобретение РФ №2010302, МПК G05D 16/06, опубл. 30.03.1994. Данный регулятор содержит корпус с входной и выходной полостями, седло и клапан, закрепленный на конце штока. Шток имеет канал, соединяющий входную полость регулятора с разгрузочной камерой, образованной компенсационной и защитной мембранами, которые закреплены жестким центром на штоке, а фланцем на корпусе и разделены между собой втулкой и кольцом. Второй конец штока через двуплечий рычаг соединен с чувствительным и задающим элементами. Соотношение эффективных площадей компенсационной и защитной мембраны определяется формулой
Sс=Sэк-Sэз,
где Sс - площадь седла;
Sэк - эффективная площадь компенсационной мембраны;
Sэз - эффективная площадь защитной мембраны.
Недостатком данного устройства является то, что двуплечий рычаг соединяется со штоком и чувствительным элементом посредством кинематических пар трения скольжения, имеющих гарантированный зазор для обеспечения свободного вращательного и поступательного движения деталей образующих кинематическую пару. Наличие этих зазоров создает условия для перехода клапана в вибрационный режим работы. Наиболее часто это происходит при работе регулятора при малых расстояниях между седлом и клапаном. Вибрационный режим работы приводит к ускоренному износу перемещающихся деталей и, следовательно, к снижению ресурса работы всего регулятора.
Техническим эффектом предлагаемой полезной модели является повышение ресурса работы регулятора давления за счет устранения вибрации клапана.
Технический эффект достигается тем, что в регуляторе давления газа содержащем корпус, имеющий входную и выходную полости, между которыми расположено седло и клапан, закрепленный на штоке, который соединен, при помощи двуплечего рычага с чувствительным элементом и задающим устройством и имеет канал, соединяющий входную полость регулятора с разгрузочной камерой, которая образованна компенсационной и защитной мембранами, жесткий центр защитной мембраны закреплен на штоке со смещением от плоскости закрепления фланца в направлении седла и клапана, при этом место закрепление фланца и жесткого центра компенсационной мембраны при этом место закрепления фланца и жесткого центра компенсационной мембраны расположены на расстоянии от седла равным или большем, чем расстояние, соответствующее полному ходу клапана.
Сопоставительный анализ с прототипом, позволяет сделать вывод, что заявляемое устройство отличается тем, что жесткий центр защитной мембраны закреплен на штоке со смещением относительно плоскости закрепления фланца в направлении седла и клапана. При этом плоскость закрепления фланца и жесткого центра компенсационной мембраны расположена на расстоянии от седла равным или большем, чем расстояние, обеспечивающее полный ход клапана то, есть положению клапана при максимальном открытии проходного сечения регулятора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг. изображена схема регулятора давления.
Регулятор содержит корпус 1 имеющий входную 2 и выходную 3 полости, седло 4 и клапан 5, герметично закрепленный на конце штока 6. Второй конец штока 6 через двуплечий рычаг 7 соединен с чувствительным элементом (мембраной) 8 и задающим устройством, выполненным в виде пружины 9 и регулировочного винта 10.
Шток 6 имеет канал 11, соединяющий входную полость 2 регулятора с разгрузочной камерой 12, образованной компенсационной 13 и защитной 14 мембранами. Жесткие центры мембран 13, 14 закреплены на штоке 6, а фланцы закреплены на корпусе 1. При этом фланец и жесткий центр мембраны 13, закреплены на расстоянии от седла соответствующем или большем расстояния обеспечивающего полный ход клапана 5 (полное открытие проходного сечения регулятора), а жесткий центр защитной мембраны 14 закреплен со смещением в направлении седла и клапана относительно закрепления фланца этой мембраны.
Регулятор работает следующим образом.
В установившемся режиме работы подвижная система (клапан-седло) находится в равновесии и величина дросселирующего сечения устанавливается так, что силы, действующие на чувствительный элемент 8, уравновешиваются усилием пружины 9, а также силой натяжения защитной мембраны 14. При нарушении равновесия сил на чувствительном элементе 8 он смещается и через рычаг 7 смещает шток 6 с клапаном 5, изменяя величину дросселирующего сечения между седлом 4 и клапаном 5. Настройка производится посредством изменения усилия пружины 9, с помощью регулировочного винта 10.
Разгрузочная камера служит для уменьшения влияния изменений входного давления на выходное давление. Усилие, развиваемое разгрузочной камерой 12, действует в направлении седла 4 и в оптимальном случае равно произведению величины входного давления на разность эффективных площадей компенсационной 13 и защитной 14 мембран, которое в свою очередь равно произведению площади поперечного сечения седла 4 на входное давление. То, есть
PвхSс=Pвх(Sэк-Sэз),
где Sс - площадь седла;
Sэк - эффективная площадь компенсационной мембраны;
Sэз - эффективная площадь защитной мембраны;
Pвх - входное давление.
Таким образом, сила, действующая на клапан 5 со стороны седла 4, компенсируется усилием, развиваемым разгрузочной камерой 12. Смещение жесткого центра 18 мембраны 14 обеспечивает, за счет натяжения тела мембраны 14, появление дополнительной силы действующей на рычаг 7 и через него на чувствительный элемент 8 в сторону действия пружины 9. Под действием этой силы контактирующие поверхности в кинематических парах сближаются до полного касания, что приводит к устранению зазоров.
Суммарное усилие, соответствующее каждому из значений расхода, определяется алгебраической суммой усилия пружины 9 и силой натяжения мембраны 14 деленной на отношение плеч L/L1 рычага 7.
В случае снижения давления в выходной полости 3 чувствительный элемент 8 перемещается влево (по фиг.) при этом, клапан 5 под действием силы натяжения мембраны 14 перемещается вниз и поворачивает рычаг 7, что обеспечивает неразрывность контактирующих поверхностей в кинематических парах.
В случае повышения давления в выходной полости 3, чувствительный элемент 8 перемещается вправо (по фиг.), рычаг 7 поворачивается против часовой стрелки, клапан 5 перемещается вверх. Сила натяжения мембраны 14 увеличивается, что увеличивает силу прижатия контактирующих поверхностей в кинематических парах и еще более уменьшает вероятность возникновения вибрационного режима работы. Следовательно, смещение жесткого центра 18 защитной мембраны 14 обеспечивает гарантированную силу компенсирующую зазоры на протяжении всего рабочего хода клапана.
Таким образом, предлагаемое расположение мембран в разгрузочной камере устраняет возможность возникновения вибрационного режима работы, за счет силовой компенсации зазоров в кинематических парах трения скольжения. При этом, технический эффект усиливается при малых значениях расстояниях между седлом и клапаном, за счет увеличения компенсирующей силы.