РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ
MULTIFUNCTIONAL PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к технике автоматического регулирования давления текущих сред непрямого действия и предназначено для использования в линиях редуцирования газа и в других областях промышленности.
Известен регулятор давления газа, содержащий основной корпус с первой и второй трубами, калиброванный проход для газа, затвор, шумопонижающий элемент и расположенный в проходе осесимметричный корпус, предназначенный для размещения шумопонижающего элемента, содержащего цилиндрическую стенку, имеющую отверстия для прохода газа. Корпус характеризуется ремонтопригодной схемой сборки и разборки без демонтажа из газопровода. Затвор расположен в основном корпусе и выполнен с возможностью перемещения для регулировки отверстия калиброванного прохода между крайними открытым и закрытым положениями. Затвор при нахождении в закрытом крайнем положении взаимодействует с соответствующей установочной канавкой. Шумопонижающий элемент расположен в калиброванном проходе и предназначен для уменьшения шума, создаваемого внутри регулятора давления при дросселировании газа (см. патент РФ на изобретение RU 2436004, МПК F16K 1/42, F16K 47/02, G05D 16/06).
Однако затвор обладает низкой надежностью в связи с наличием протяженного участка перемещения в направляющем цилиндре корпуса, что может привести к аварийным ситуациям из-за склонности к заклиниванию при использовании неочищенных газов в эксплуатации. Кроме того, регулятор неспособен отключаться как в автоматическом режиме, так и по команде оператора и недостаточно функционален из-за отсутствия демпферной камеры.
Известен регулятор давления, содержащий корпус, крышку, пробку, стойку, мембранный узел и указатель. На боковых противоположных сторонах корпуса выполнены входной и выходной фланцы. В корпусе выполнены входной канал, один конец которого открыт наружу через входной фланец, входная камера, которая сообщена со вторым концом входного канала, выходная камера, выходной канал, один конец которого сообщен с выходной камерой, а другой конец открыт наружу через выходной фланец, отверстие, соединяющее входную и выходную камеры. Мембранный узел состоит из верхней и нижней крышек, соединенных вместе, мембраны, укрепленной между крышками, и двух защитных тарелок, установленных одна на мембрану, а другая под мембрану (см. патент РФ на изобретение RU 2241250, МПК G05D 16/06, F16K1/42, F16K 47/02).
Однако известное устройство характеризуется низкой надежностью, связанной со сложностью конструкции. Кроме того, регулятор обладает ограниченной функциональностью из-за отсутствия в системе возможности отсечки газа при аварийных ситуациях, не предусмотрены и шумопонижающие устройства.
Анализ других известных конструкций регуляторов выявил неспособность их быстро отключаться при возникновении аварийных ситуаций, противостоять возникновению автоколебаний при обратных ударах, боле того, не предусмотрен мониторинг работы регулятора как элемент профилактики отказов. Известные устройства характеризуются наличием недопустимых шумов от газодинамических колебательных процессов, многократно увеличивающихся при резонансе во время редуцирования газа, что приводит к сильной вибрации регулятора и преждевременному износу узлов. Кроме того, разрыв мембраны исполнительного устройства зачастую ведет к открытию регуляторов и созданию аварийных ситуаций в эксплуатации.
Для исключения перечисленных недостатков известные фирмы применяют дополнительное оборудование, интегрированные устройства и схемы монтажа, такие как включение в состав ГРС резервных линий, используют регулятор-монитор, дополнительный клапан-отсекатель, пристроенные глушители шумов, демпферные герметичные камеры с давлением задания, которое, например, формируется закачкой рабочего агента из баллона, например, по патенту РФ на изобретение 2031438, что малоэффективно, требует больших затрат и значит снижает надежность подобных систем, а мониторинг работоспособности или не проводится или контролируется только положение мембраны, что явно недостаточно в эксплуатации.
Наиболее близким аналогом является регулятор давления газа непрямого действия с дополнительными функциями отсекателя потока газа и ограничителя его расхода. Регулятор давления газа непрямого действия многофункциональный содержит корпус, снабженный цилиндрической направляющей, а также входным и выходным каналами, калиброванный проход, выполненный между входным и выходным каналами, затвор со штоком, выполненный с возможностью скольжения вдоль цилиндрической направляющей для перекрытия отверстия калиброванного прохода, седло с отверстием, размещенное в выходном канале, отсекатель, выполненный с возможностью перемещения для перекрытия отверстия седла, ограничитель хода затвора, узел управления затвором и узел управления отсекателем (см. патент РФ на избретение 2252445, МПК G05D 16/10, F16K 1/12).
Однако использование двух последовательно открываемых запорных органов, сервопривода с поршнем, толкателем и ограничителем движения усложняет изготовление, управление, обслуживание, а также приводит к значительному удлинению времени отсечки за счет последовательного закрытия запорных органов - сначала первого, затем второго. Возникновение автоколебаний в таких изделиях ведет к повышенному шумообразованию при дросселировании газа, а возможное заклинивание запорных органов в эксплуатации при изменении температурных интервалов создает аварийные ситуации. Кроме того, устройство обладает недостаточной надежностью в связи с отсутствием демпферного устройства. Данное устройство принято за прототип.
Задачей данного изобретения является разработка простой, компактной и надежной конструкции многофункционального регулятора, предназначенного для:
- снижения высокого входного давления газа путем одноступенчатого или двухступенчатого редуцирования,
- автоматического поддержания заданного выходного давления с требуемой точностью независимо от изменения значений расхода и входного давления газа,
- ограничения расхода газа в заданных пределах,
- плавной и бесшумной работы за счет применения шумопонижающего устройства и демпферной камеры.
- проведения любых профилактических работ без демонтажа регулятора из газопровода,
- проведения постоянного мониторинга работоспособности в режиме реального времени в процессе всего срока службы с передачей полученных данных на пульт оператора,
- автоматического отключения подачи газа встроенным клапаном-отсекателем как при аварийных превышениях или понижениях выходных давлений сверх допустимых значений, так и в любой момент с пульта оператора или дистанционно автоматизированной системой управления (АСУ).
Технический результат заявляемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей изделия, повышении точности поддержания значений выходного давления, расширении диапазона регулирования при упрощении конструкции и доступности обслуживания, повышении надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что регулятор давления многофункциональный содержит корпус, снабженный цилиндрической направляющей, а также входной и выходной камерами, соединенными при помощи калиброванного прохода с седлом, снабженным отверстием, затворный узел со штоком, выполненный с возможностью скольжения вдоль цилиндрической направляющей для перекрытия отверстия седла, отсекатель, выполненный с возможностью перемещения для перекрытия выходной камеры, ограничитель хода затвора, узел управления затвором и узел управления отсекателем, согласно заявляемому решению регулятор содержит первый шумопонижающий элемент, расположенный в калиброванном проходе и прикрепленный к затвору, второй шумопонижающий элемент, расположенный в выходной камере корпуса, демпферный узел перемещения затвора, расположенный между ограничителем хода затвора и узлом управления затвором, при этом узел управления затвором представляет собой камеру, разделенную на две полости при помощи мембраны, центр которой прикреплен к штоку затвора, полости камеры снабжены коническими отверстиями для подачи газа под давлением, узел управления отсекателем представляет собой пневмоэлектрический пилот. Отсекатель может быть выполнен в виде поворотной крышки, сдвижного полого цилиндра с отверстиями в стенках или цилиндрической пружины, витки которой покрыты уплотнителем. Первый шумопонижающий элемент выполнен в виде полого цилиндра, боковая поверхность которого снабжена сквозными отверстиями. щелями или сеткой. Второй шумопонижающий элемент выполнен из пористого материала. Корпус, узел управления затвором и узел управления отсекателем соединены между собой разборным болтовым соединением.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция одноступенчатого регулятора с поворотным клапаном-отсекателем; на фиг.2 показана конструкция двухступенчатого регулятора с отсекателем поршневого тина; на фиг.3 показана конструкция двухступенчатого регулятора с отсекателем пружинного типа; на фиг.4 показана конструкция первого шумопонижающего элемента с отверстиями в боковой поверхности; на фиг.5 показана конструкция первого шумопонижающего элемента со щелями в боковой поверхности; на фиг.6 показана конструкция первого шумопонижающего элемента с сеткой в боковой поверхности. Позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус;
2 - цилиндрическая направляющая;
3 - входная камера;
4 - выходная камера;
5 - калиброванный проход;
6 - седло;
7 - затворный узел;
8 - шток;
9 - отсекатель;
10 - ограничитель хода затвора;
11 - мембранный узел управления затвором;
12 - мембрана;
13 - надмембранная полость;
14 - подмембранная полость;
15 - коническое резьбовое отверстие;
16 - узел управления отсекателем;
17 - первый шумопонижающий элемент;
18 - второй шумопонижающий элемент;
19 - демпферный узел перемещения затвора;
20 - поршень;
21 - надпоршневая полость;
22 - подпоршневая полость.
Регулятор давления многофункциональный содержит осесимметричный корпус 1, снабженный вертикальной цилиндрической направляющей 2 в верхней части, а также входной 3 и выходной 4 камерами, соединенными между собой при помощи калиброванного прохода 5 с размещенным в нем горизонтальным сменным седлом 6 с отверстием, ось которого совпадает с осью направляющей 2. Регулятор содержит затворный узел 7, представляющий собой цилиндрический затвор, соединенный с осевым штоком 8, выполненный с возможностью скольжения вдоль цилиндрической направляющей 2 для перекрытия отверстия седла 6. В выходной камере 4 расположен клапан-отсекатель 9, выполненный с возможностью перемещения для перекрытия выходной камеры 4 и герметичного разделения ее на две части, при этом к нижней части корпуса при помощи разборного болтового соединения прикреплен узел 16 управления отсекателем 9, представляющий собой пневмоэлектрический пилот.
К верхней части корпуса при помощи разборного болтового соединения прикреплен мембранный узел 11 управления затвором. Мембранный узел 11 управления затвором содержит нижнюю и верхнюю крышки, стянутые болтами через уплотнения с образованием полости между крышками, причем нижняя крышка в свою очередь болтами прикреплена к корпусу 1. Между крышками закреплена эластичная мембрана 12, центр мембраны 12 прикреплен к штоку 8 затворного узла 7 при помощи расположенных с обеих ее сторон дисков, и зажата гайкой со стопорной шайбой. Диски выполнены с закруглениями на внешней части и снабжены фторопластовыми кольцами, расположенными по периметру, уменьшающими трение мембраны о диски, что увеличивает продолжительность работы мембраны. Таким образом, узел управления затвором представляет собой камеру, разделенную при помощи мембраны 12 на две полости - надмембранную 13 и подмембранную 14, при этом каждая полость камеры снабжена коническим резьбовым отверстием 15. Подмембранная полость 14 является управляющей и соединена через коническое резьбовое отверстие 15 при помощи газопровода высокого давления с задающим устройством (на чертежах не показано), предназначенным для управления мембранным узлом 11. Над мембранным узлом установлен демпферный узел 19 перемещения затвора, содержащий поршень 20, в верхней части демпферного узла на одной оси со штоком размещен ограничитель хода затвора 10, предназначенный для ограничения расхода газа. Надмембранная полость 13 соединена с выходной камерой 4 регулятора через коническое резьбовое отверстие 15 при помощи газопровода.
Демпферный узел 19 перемещения затвора закреплен герметично на верхней крышке мембранного узла, центрирован относительно главной оси регулятора и содержит демпферную камеру, в которой размещен поршень 20. Демпферная камера имеет заданный объем, устанавливаемый экспериментальным путем. Поршень представляет собой фторопластовую втулку, зажатую двумя пластинами, и резиновое уплотнение, прикреплен к штоку 8 гайкой со стопорной шайбой. Надмембранная полость 13 узла 11 соединена с надпоршневой полостью 21 демпферного узла 19 при помощи канала в штоке 8, выполненного таким образом, что после заполнения газом демпферной камеры ее работа продолжается без вмешательства извне. Демпферная камера снабжена смотровым окном, выполненным на боковой поверхности камеры для обеспечения контроля положения мембраны, поршня и ограничителя расхода. Сверху демпферной камеры в верхней крышке демпферного узла 19 вдоль главной оси регулятора выполнено резьбовое отверстие, в которое ввернут с возможностью продольного перемещения при вращении ограничитель хода затвора 10, работающий как в ручном, так и в автоматическом режиме (устройство, обеспечивающее такую возможность, на чертежах не показано). Демпферный узел применен для исключения работы затворного узла в неуравновешенных режимах. При возникновении в системе колебательных процессов при кратковременных пульсациях входного или выходного давлений они гасятся за счет демпферного эффекта и не приводят к отключению регулятора в эксплуатации.
Затворный узел закреплен с возможностью перемещения в направляющей фторопластовой втулке и состоит из цилиндрического затвора, внутри которого установлены две пружины: большего диаметра в нагруженном состоянии и меньшего диаметра в разгруженном. Полый цилиндрический затвор снабжен горизонтальной внутренней перемычкой в нижней части, которая служит упором для расположенной сверху нагруженной цилиндрической пружины, обеспечивающей нормально закрытое положение затвора, пружина сверху упирается в нижнюю крышку мембранного узла 11. С верхней стороны перемычки внутри нагруженной цилиндрической пружины размещена ненагруженная пружина. К нижней стороне перемычки прикреплен первый шумопонижающий элемент 17. В центре перемычки затвора выполнено отверстие для закрепления с помощью стопорной шайбы и гайки на нижнем конце штока 8, причем нижняя закругленная острая кромка затвора опирается на съемное седло 6. Верхняя сторона седла снабжена прокладкой из капралона, мягкого металла, или других материалов, а нижняя торцевая сторона затвора выполнена так, чтобы контактировать с прокладкой. Рабочая кромка затвора имеет минимальную поверхность соприкосновения с седлом для обеспечения страгивания затворного узла с минимальным усилием в момент начала работы. Возможно выполнение затворного узла, отличающегося от описанного выше размещением прокладки на нижней торцевой стороне затвора, прокладка зафиксирована при помощи дна стакана первого шумопонижающего элемента. При этом сменное седло 6 выполнено с острой закругленной кромкой, предназначенной для контактирования с прокладкой.
Шток 8 выполнен разгруженным, с возможностью перемещения вдоль главной оси регулятора, центрирован в нижней крышке мембранного узла втулкой, выполненной из нержавеющей стали. Шток последовательно соединяет затвор узла 7, мембрану узла 11 и поршень 20 демпферного узла 19, а в верхней части имеет вертикальное отверстие и два перпендикулярных сквозных отверстия, пересекающих вертикальное отверстие и расположенных так, что в исходном состоянии (закрытом положении затвора) одно из перпендикулярных отверстий является открытым, а другое перекрыто, а в работающем регуляторе (затвор не прижат к седлу) наоборот, поэтому после заполнения газом низкого давления демпферная камера становится независимой от выходного давления. Использование разгруженного штока, расположенного в дополнительной камере, позволяет нивелировать колебания среднего давления при незначительных статических нагрузках. Шток центрирован в нижней крышке корпуса втулкой из нержавеющей стали, а затворный узел установлен с зазором к штоку, что исключает заедание при возможной несоосности штока и посадочной поверхности корпуса регулятора.
Клапан-отсекатель 9 в виде поворотной крышки установлен герметично на съемной нижней крышке корпуса с помощью втулки и соединен с пилотом, служащим в качестве узла 16 управления отсекателем (фиг.1). Механизм управления пилота состоит из корпуса, штока с уплотнительными кольцами, на котором последовательно крепится мембранный блок, фиксатор и с другого конца через толкатель задействован пружинный механизм настройки, при этом седло, на которое плотно прижимается защелка с уплотнительной прокладкой, усилием пружины и газового потока ввинчивается в выходное отверстие корпуса регулятора. Таким образом, упрощается конструкция клапана-отсекателя, повышается чувствительность, надежность и точность срабатывания, а также обеспечивается доступ ко всем элементам конструкции. Встроенный клапан-отсекатель, крепящийся к нижней съемной крышке корпуса регулятора, снабжен ручным взводом и дистанционным управлением. Механизм взвода состоит из оси, закрепленной в корпусе регулятора с помощью рукоятки, которая предназначена для вращения оси против часовой стрелки, преодолевая усилие пружины, установленной на защелке для ввода фиксатора в зацепление с защелкой. Настройка производится пружинным механизмом на давления срабатывания при превышении (понижении), а катушка индуктивности, расположенная со стороны мембранного блока в корпусе пилота, предназначена для дистанционного управления автоматизированной системой управления (АСУ) или оператором, и взаимодействует с мембранным механизмом через пластину из ферромагнитного материала, которая располагается на штоке пилота и служит ограничителем крепления установленной мембраны. Настраиваемый пилотный механизм выполнен в виде пневмоэлектрического клапана, соединенного с помощью металлической трубки с выходной камерой регулятора и через фиксатор с заслонкой, расположенной в нижней части корпуса регулятора. Пилот содержит мембранный блок, включающий эластичную мембрану, ограниченную диском из ферромагнитного материала и крепящуюся к оси винтом с возможностью перемещения с уплотнительными кольцами в корпусе пилота, пружину, управляемую винтом, катушку индуктивности, установленную в корпусе пилота, а также фиксатор, упирающийся одним концом в паз на оси, который, проходя через втулку с осью, вторым концом удерживает защелку с уплотнением, перемещающуюся на оси. Нижняя крышка корпуса снабжена пробкой для сброса конденсата и штуцером, к которому присоединен перепускной кран (не показан), используемый при выравнивании давлений после срабатываний клапана-отсекателя 6 вручную до открытия защелки. Пилот содержит рукоятку (не показано), переводящую защелку в зацепление с фиксатором, с помощью оси, вмонтированной в нижнюю часть корпуса 1, а также седло, вкрученное в отверстие выходной камеры 4, причем входное отверстие пилота через стальную трубку связано с выходом регулятора. Для управления открытием/закрытием клапана-отсекателя использован электронный блок управления (ЭБУ), подключенный к узлу 16 управления отсекателям (см. фиг.3). Электронный блок управления подключен к датчикам давления и температуры, установленным на входе и выходе заявляемого устройства, и может быть использован для постоянного мониторинга работоспособности изделия в процессе эксплуатации в режиме реального времени и передачи полученных данных на пульт оператора.
Регулятор давления содержит первый шумопонижающий элемент 17, представляющий собой стакан, дно которого прикреплено к перемычке на нижнем конце затвора, а открытая сторона направлена вниз. На боковой цилиндрической поверхности стакана первого шумопонижающего элемента выполнен пояс круглых отверстий (фиг.4), либо вертикальных узких пазов (фиг.5), либо окон, закрытых сеткой (фиг.6). Элемент 17 расположен внутри седла 6 калиброванного прохода 5 при закрытом положении затвора и исполняет роль разделителя газового потока, уменьшая аэродинамический шум, который исходит в момент дросселирования газа. Заявляемый регулятор содержит второй шумопонижающий элемент 18, выполненный из пористого материала и расположенный в выходной камере 4 корпуса 1 за клапаном-отсекателем 9 по направлению движения газа.
Второй шумопонижающий элемент 18 расположен в выходной камере 4 корпуса 1 за отсекателем 9 по направлению движения газа, то есть на выходе регулятора, и состоит из пористого материала, предназначенного для гашения звуковых волн, возникающих при обратных ударах и других автоколебаниях.
Регулятор работает следующим образом. Надмембранную полость 13 соединяют с выходом регулятора, подмембранная полость 14 является управляющей, и к ней присоединяют задающее устройство (не показано). Пружина внутри затвора стремится переместить затворный узел вниз и закрыть отверстие в седле регулятора. В подмембранной полости 14 задающим устройством создают определенное давление, которое уравновешено выходным давлением и усилием пружины затвора.
При уменьшении выходного давления ниже заданного мембранный узел перемещается вверх, так как пониженное давление попадает с выхода регулятора в надмембранную полость 13, и открывает затвор, расход газа увеличивается, и давление газа на выходе регулятора повышается.
При увеличении выходного давления, например, вследствие уменьшения отбора газа, повышенное давление с выхода регулятора попадает в надмембранную полость 13, и мембранный узел под действием возросшего перепада давления перемещается вниз, затвор прикрывает отверстие седла и уменьшает подачу газа, давление на выходе снижается до заданного.
При резких изменениях выходного давления, например, при обратном ударе, в противодействие вступает поршень демпферной камеры, который не позволяет затвору мгновенно переместиться вниз и за время Т, необходимое для перетекания газа из надпоршневой полости 21 в подпоршневую полость 22 или обратно через тонкий канал в штоке и обычно достаточное для стабилизации выходного давления. Канал в верхней части штока выполнен так, что в закрытом положении затвора соединяет между собой надмембранную полость 13 и надпоршневую полость 21, в промежуточном положении канал соединяет между собой надпоршневую полость 21 и подпоршневую полость 22.
В случае недопустимого превышения давления газа на выходе регулятора мембранный узел закрывает затвор, давление из надмембранной полости 13 поступает по каналу в штоке в надпоршневую полость 21, усиливая прижатие затвора к седлу. Если регулятор не будет отсечен по причине недопустимого превышения, то давление в выходной камере стабилизируется, так как за время Т затвор не будет перемещаться из-за демпферного эффекта, поэтому на восстановление давления не потребуется дополнительного времени, а значит точность поддержания выходного давления повысится.
Аналогичная ситуация произойдет и при резком снижении выходного давления, так как резкому движению поршня вверх будет препятствовать демпфер. Если за интервал времени Т, зависящего от объема демпферной камеры, регулятор не будет отсечен, значит на восстановление давления времени не потребуется.
Для отсечения регулятора пилот клапана-отсекателя настраивается пружиной на давление срабатывания (превышение/понижение) и при подаче избыточного давления в мембранный блок перемещается ось пилота, при этом фиксатор выходит из зацепления с защелкой, которая перекрывает поток газа на выходе из регулятора. Регулятор отсекается от потока газа и будет закрыт до тех пор, пока не будет устранена причина, вызвавшая его закрытие. Закрытие регулятора можно производить и по команде оператора или с помощью АСУ подачей напряжения на катушку индуктивности в любой момент эксплуатации регулятора.
При подключении изделия к сетям высокого давления со значительными изменениями параметров среды на входе и выходе одноступенчатое редуцирование имеет низкую эффективность. Поэтому возможно изготовление варианта заявляемого регулятора, содержащего последовательно с первой ступенью дросселирования (затворным узлом 7) вторую ступень в виде дополнительного устройства клапанного типа с встроенным отсекателем 9 поршневого вида (поршня-отсекателя вместо клапана-отсекателя, фиг.2). Вторая ступень редуцирования выполнена следующим образом. На нижней крышке крепится электропневматический клапан нормально закрытого типа, состоящий из корпуса, катушки индуктивности, полого штока, пружины, поджимающей пластину из ферромагнитного материала, перекрывающую центральное отверстие в штоке. Возможно использование пневмоэлектрического клапана по патенту РФ 2371625 или электропневматического клапана с программным управлением. Вторая ступень редуцирования содержит канал, соединяющий клапан с дополнительной камерой, образованной затвором и частью выходной камеры 4 регулятора. Кроме того, нижняя крышка снабжена центральным резьбовым отверстием, в которое вкручен регулировочный винт, сжимающий нагруженную пружину, прижимающую затвор к двухстороннему седлу. Отсекатель поршневого типа второй ступени редуцирования представляет собой сдвижной полый цилиндр с отверстиями в стенках, в котором с одной стороны имеется закругленная острая кромка, герметично прилегающая к обратной стороне сменного седла 6, а другая сторона клапана служит упором для пружины задания требуемого выходного давления. В рабочей центральной части поршня-отсекателя 9 встроен пружинный клапан одностороннего действия, перекрывающий центральное отверстие, через которое газ поступает в дополнительную камеру в момент включения второй ступени редуцирования. Кроме того, может быть задействован электропневмоклапан нормально открытого типа, причем после подачи на катушку индуктивности напряжения с блока управления происходит закрытие первого электромагнитного клапана и открытие второго нормально закрытого электромагнитного клапана, при этом входное давление попадает в дополнительную камеру, отсекает регулятор, поэтому поршень-отсекатель 9 будет плотно прижат к двухстороннему седлу 6. После ремонта и выпуска газа из дополнительной камеры с помощью перепускного клапана или электропневмоклапана (в зависимости от характера отказа) в выходную магистраль регулятор будет готов к продолжению работы. Двухстороннее седло для использования поршня-отсекателя с нижней стороны имеет вмонтированное кольцо из эластичного материала, например капролона, резины, пластмассы иди другого уплотнительного материала.
Вторая ступень регулятора работает следующим образом. Газ среднего давления после первой ступени редуцирования воздействует на поршень-отсекатель, который плотно прижат к седлу. Настроенный на требуемое низкое давление с помощью пружины и регулировочного винта поршень-отсекатель приводится в равновесное состояние, обеспечивая требуемую точность выходного давление потребителю. Для отключения регулятора с пульта оператора или АСУ на катушку индуктивности подают управляющее напряжение в любой момент времени. Вторая ступень редуцирования может использоваться и для обеспечения повышенной точности выходного давления с той лишь разницей, что настройка регулировочным винтом с помощью пружины производится на требуемое выходное давление в более жестком интервале выходных давлений.
В качестве второй ступени редуцирования может использоваться спиральный элемент в виде цилиндрической пружины, витки которой покрыты уплотнителем, - пружинный отсекатель (фиг.3). Спиральный элемент в отличие от регулирующего клапана (патент РФ 2303187) приварен к днищу двустороннего седла, а с другой стороны через стопорное кольцо прижимается к крышке-поршню, который перемещается во второпластовой втулке. Движению поршня препятствует пружина настройки второй ступени редуцирования, расположенная в дополнительной камере второй ступени и вместе с регулировочным винтом установленная на нижней съемной крышке регулятора.
вых
1
Давление на выходе второй ступени редуцирования Р связано с давлением на выходе первой ступени редуцирования Р следующим соотношением:
1
вых
P=Р+Сτ/F, где Сτ - усилие пружины, F - площадь поршня.
Вторая ступень редуцирования с пружинным отсекателем работает следующим образом. После редуцирования газ среднего давления попадает в рабочую камеру второй ступени, воздействует на поршень, который, перемещаясь, сжимает пружину и противодействует выходному давлению первой ступени, поступающему через нормально открытый клапан, и приводит вторую ступень редуцирования в равновесное состояние, обеспечивая проход газа через профилированные отверстия, где дросселируется, проходя через щели, образованные витками спирального элемента (СЭ). Перемещение поршня изменяет зазоры между витками СЭ, обеспечивая требуемое значение выходного давления. При крайнем верхнем положении витки СЭ смыкаются между собой, препятствуя потоку рабочей среды (клапан закрыт), а при крайнем нижнем положении витки СЭ максимально раздвинуты, что обеспечивает максимальный расход. Уплотнительное покрытие, нанесенное на обращенные друг к другу торцевые поверхности витков, обеспечивает лучшую герметичность в закрытом положении. При недопустимом превышении (понижении) давления на выходе регулятора с блока управления подается сигнал на закрытие первого электромагнитного клапана и открытие второго нормально закрытого электромагнитного клапана, при этом входное давление попадает в дополнительную камеру второй ступени, воздействует на поршень, отсекает регулятор и переводит его в режим ожидания, т.е. в закрытое состояние. После сравнения показания датчика выходного давления с требуемым значением блок управления может включить закрытый ранее первый электромагнитный клапан, при этом газ из дополнительной камеры второй ступени перетечет в выходную камеру регулятора, и процесс редуцирования продолжится автоматически. В случае износа уплотнений СЭ стопорное кольцо поршня попадает в паз и отсекает регулятор, который может быть запущен только после замены СЭ. Изменяя параметры СЭ, седла-втулки, размеры поршня, дополнительной камеры и усилие пружины, можно получить характеристику для различных условий эксплуатации, что расширяет функциональные возможности регулятора во всем диапазоне требуемых давлений.
Таким образом, предложенный регулятор позволяет расширить функциональные возможности изделия, обеспечить точность поддержания выходного давления, с повышением надежности и безопасности в эксплуатации при простоте изготовления и практичности в обслуживании и с возможностью мониторинга работы в процессе эксплуатации в режиме реального времени. Значит изобретение обладает промышленной полезностью. Анализ известных источников, поиск патентных, информационных и каталожных материалов по регуляторам показал, что предлагаемая конструкция изделия неизвестна из уровня техники и обладает новизной.