РЕГУЛЯТОР РАСХОДА ГАЗА

Полезная модель относится к области приборостроения, а конкретно, к регуляторам расхода (давления) газа и предназначена для автоматизации котлов наружного и внутреннего размещения, которые используются для отопления зданий различного назначения.
Известны регуляторы расхода (давления) газа РДК-2, РДГ-6, РД-32М, РД-50М, РДУК, предназначенные для регулирования давления газа в бытовых и промышленных газовых установках (Устройство и эксплуатация городского газового хозяйства, - М: изд. Высшая школа, 1968 г., стр. 126-136).
Недостатком известных решений является линейная зависимость подачи газа в зону сгорания котла при изменении температуры наружного воздуха.
Это обусловлено тем, что линейная зависимость подачи тепловой энергии в здание при изменении температуры наружного воздуха может быть обеспечена только в том случае, если расход газа в зону сгорания котла будет осуществляться не по линейной, а по равнопроцентной характеристике, т.к. тепловые потери здания при понижении температуры наружного воздуха возрастают (увеличиваются) не по линейной, а по равнопроцентной характеристике (Чистович С.А., Автоматическое регулирование расхода тепла в системах теплоснабжения и отопления, - Л: Стройиздат, 1975 г., стр. 56.).
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является конструкция регулятора расхода (давления) газа, содержащего корпус с входной и выходной камерами, манометрическую систему, клапан для регулирования давления газа, пружину настройки и механизм, регулирующий начальное усилие пружины, причем клапан представляет собой диск с направляющими элементами на торцевой поверхности, обеспечивающими соосное расположение клапана относительно седла корпуса регулятора и имеющими на внешней боковой поверхности упоры, взаимодействующие с седлом корпуса регулятора, таким образом, что при полной посадке клапана на седло, между торцевыми поверхностями клапана и седла остается проходное сечение, обеспечивающее минимально допустимое давление газа для поддержания режима работы котла, при этом внутренняя полость клапана выполнена в виде усеченного конуса, высота которого равна величине хода штока и высоте стопорного винта h, выполненного в виде цилиндра, закрепленного на штоке, причем диаметр большего основания конуса D, диаметр меньшего основания конуса d и ход штока h выбраны из условия:  (Патент на полезную модель №168305 МПК G05D 16/02 Опуб. 2017).
Недостатком регулятора является ограниченный диапазон регулирования давления (расхода) газа в зону сгорания котла при изменении температуры наружного воздуха.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является расширение диапазона регулирования и обеспечение равнопроцентной характеристики подачи газа в зону сгорания котла при изменении температуры наружного воздуха.
1
Техническая задача достигается за счет того, что в регуляторе давления газа, содержащем корпус с входной и выходной камерами, манометрическую систему, клапан для регулирования давления газа, пружину настройки и механизм, регулирующий начальное усилие пружины, причем клапан выполнен с направляющими элементами, обеспечивающими соосное расположение клапана относительно седла корпуса регулятора и имеющими на внешней боковой поверхности упоры, взаимодействующие с седлом корпуса регулятора таким образом, что при полной посадке клапана на седло между клапаном и седлом остается проходное сечение, обеспечивающее минимально допустимый расход газа для поддержания режима работы котла, внутренняя полость клапана, ограниченная высотой направляющих элементов, выполнена в виде двух усеченных конусов, причем конус с внутренней рабочей поверхностью выполнен с большим основанием конуса D и меньшим основанием конуса d, равным большему основанию конуса с внешней рабочей поверхностью, и меньшим основанием конуса с внешней рабочей поверхностью d, а высота конусов с внутренней и внешней рабочей поверхностями равна величине хода штока h, при этом соотношения диаметров и высот выбраны из условия:
где D - наибольший диаметр внутренней рабочей поверхности;
d - наименьший диаметр внутренней рабочей поверхности;
1
d - наименьший диаметр внешней рабочей поверхности;
h - высота конуса.
Технический результат заключается в расширении диапазона регулирования и обеспечении равнопроцентной характеристики подачи газа в зону сгорания котла при изменении температуры наружного воздуха.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана схема регулятора давления газа; на фиг. 2 показан внешний вид клапана регулятора давления газа; на фиг. 3 показан график зависимости изменения расхода газа при понижении температуры наружного воздуха в зоне сгорания котла.
Регулятор давления газа (фиг. 1) состоит из манометрической системы 1 с упругим чувствительным элементом 2, корпуса 3, имеющего входную камеру 4 и выходную камеру 5, основания 6, соединяющего манометрическую систему 1 с корпусом 3, механизм настройки, выполненный в виде резьбовой втулки 7, регулирующий начальное усилие регулировочной пружины 8, закрепленной одним концом на штоке 9 при помощи стопорной шайбы 10, клапана 11, закрепленного с помощью резьбового соединения на штоке 9 и кинематически связанного с упругим чувствительным элементом 2 через шток 9, взаимодействующего с седлом 12 корпуса 3.
На внешней боковой поверхности клапана 11 (фиг. 2) размещены направляющие элементы 13 и упоры 14. Внутренняя поверхность направляющих элементов клапана 11 выполнена в виде двух усеченных конусов с внутренней рабочей поверхностью 15 и внешней рабочей поверхностью 16, причем меньший диаметр конуса с внутренней рабочей поверхностью 15 равен большему диаметру конуса с внешней рабочей поверхностью 16.
Регулятор расхода газа работает следующим образом.
При изменении температуры окружающего воздуха выше значения, устанавливаемого при помощи резьбовой втулки 7, вращение которой изменяет начальное усилие регулировочной пружины 8, повышается давление наполнителя (газа) в манометрической системе 1, действующее на упругий чувствительный элемент 2. С противоположной стороны на упругий чувствительный элемент 2 действует давление рабочей среды (природного газа), которое составляет не более 2 кПа. Перемещаясь под действием разности давлений, упругий чувствительный элемент 2 через шток 9 передает движение клапану 11, закрепленному на штоке 9. Клапан 11, перемещаясь вдоль седла 12, расположенного в корпусе 3, изменяет расход газа, поступающего в зону сгорания котла. При понижении температуры окружающего воздуха давление наполнителя в манометрической системе 1 снижается и упругий чувствительный элемент 2 под действием усилия регулировочной пружины 8 перемещает клапан 11 в направлении от седла 12, увеличивая подачу газа в зону сгорания. Наличие резьбовой втулки 7 позволяет производить настройку регулятора в широком диапазоне температур окружающего воздуха, что дает возможность использовать регулятор давления газа в различных климатических районах.
Соосное перемещение клапана 11 (фиг. 2), относительно седла 12 обеспечивается при помощи направляющих элементов 13, расположенных на внешней боковой поверхности клапана 11. При взаимодействии клапана 11, посредством упоров 14, выполненных на внешней боковой поверхности, с седлом 12, между торцевыми поверхностями клапана 11 и седла 12 остается гарантированное проходное сечение, обеспечивающее минимально допустимое давление газа для поддержания режима работы котла. Наличие гарантированного проходного сечения исключает возможность обмерзания клапана 11 при минусовой температуре окружающего воздуха и обеспечивает бесперебойную подачу газа в зону сгорания. Равнопроцентная характеристика расхода газа и расширенный диапазон регулирования обеспечиваются конусным профилем внутренней рабочей поверхности 15 клапана 11, и внешней рабочей поверхности 16 клапана 11.
1
2
2
1
На графике (фиг. 3) показаны: равнопроцентная характеристика подачи газа в котел (сплошная линия) и линейная характеристика подачи тепловой энергии в здание (пунктирная линия), где: t - температура, соответствующая полному открытию клапана, например -26°С и максимальному расходу (давлению) газа в котел; t - температура, при которой клапан полностью закрыт, например +8°С, но в закрытом состоянии обеспечивает гарантированное минимально допустимое давление газа для поддержания режима работы котла, составляющее ориентировочно 30% от максимального давления (0,3 Рмакс). Δt=t-t - зона пропорциональности регулятора давления газа (составляет от +8°С до -26°С).
Соотношение  обеспечивает равнопроцентную характеристику подачи газа в зону сгорания котла. Экспериментально установлено, что при уменьшении соотношения меньше 0,3 или увеличении больше 8 равнопроцентная характеристика подачи газа в зону сгорания котла не поддерживается (Теоретические основы построения и моделирования систем управления тепловым режимом объектов промышленного и гражданского назначения: монография / А.И. Суздальцев, С.П. Петров, О.С. Петрова, Н.А. Сафронова; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. А.И. Суздальцева - Орел: ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», 2012. - 262 с.).