РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
PRESSURE GOVERNOR (VERSIONS)

Изобретение относится к машиностроению, а именно к пневмоавтоматике, и может быть использовано для снижения и регулирования давления газа, поступающего потребителю из магистрали высокого давления, например, для регулирования давления природного газа на выходе из газораспределительных станций.
Известны регуляторы давления непрямого действия, в которых в качестве исполнительного устройства применяется запорный клапан, управляемый резиновой мембраной (Газовое оборудование, приборы и арматура - М.: Недра, 1985, стр.68). Достоинством таких устройств является то, что исполнительный механизм можно разгрузить от воздействия потока и исключить непосредственный контакт рабочей среды с резиновой мембраной. Недостатком таких устройств является то, что в процессе эксплуатации вследствие механических и термических воздействий резиновая мембрана утрачивает свои прочностные и динамические характеристики, что уменьшает чувствительность исполнительного элемента, надежность и долговечность работы устройства.
Известен регулятор давления (а.с. СССР №1171761, МКИ G05D 16/10, опубл. 07.08.1985 г., Бюл. №29), содержащий корпус с входной и выходной полостями, между которыми установлен регулирующий орган, связанный с чувствительным элементом, снабженным механизмом управления и подпружиненным штоком, связанным с уравнительным поршнем, установленным в расточке корпуса и образующим с ней полость, соединенную с гидравлическим демпфирующим устройством через элемент разгрузки регулирующего органа по входному давлению. Регулятор дополнительно снабжен кольцевым поршнем, установленным в расточке корпуса коаксиально с уравнительным поршнем.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является регулятор давления газа непрямого действия, содержащий каналы входа и выхода газа, корпус, внутри которого на штоке, установленном с возможностью осевого перемещения, закреплен поршневой клапан, сообщающий каналы входа и выхода газа, и регулирующий механизм, управляющий перемещением поршневого клапана, при этом канал входа газа образован цилиндрической обечайкой, торцевая стенка которой является седлом поршневого клапана, чувствительный элемент в виде поршня, перемещающегося между перегородкой и задней крышкой корпуса, разгрузочной полости, полости управляющего и выходного давлений, патрубка в виде приемника полного давления, снабженного каналами перепуска (патент РФ №2141128, МПК G05D 16/10, опубл. 1999.11.10).
Данное устройство обладает недостаточной точностью поддержания выходного давления при быстрой смене режимных параметров, при внезапном запуске, резком повышении давления, резком изменении расхода газа, поскольку регулятор содержит упругий элемент (пружину), которая способствует возникновению колебательных движений клапана относительно седла, что приводит к пульсациям давления в выходной полости (давления потребителя). При малых расходах в таких системах развиваются автоколебания клапана, что существенно снижает надежность и точность поддержания выходного давления.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении надежности работы и точности поддержания выходного давления в широком диапазоне изменения режимных параметров, в том числе при малых расходах газа.
Технический результат достигается тем, что в регуляторе давления газа (вариант 1), содержащем каналы входа и выхода газа, корпус, внутри которого на штоке, установленном с возможностью осевого перемещения, закреплен поршневой клапан, сообщающий каналы входа и выхода газа, седло клапана и регулирующий поршень, управляющий перемещением поршневого клапана, новым является то, что на внутренней стороне канала входа выполнен, по меньшей мере, один дополнительный продольный канал переменного сечения, сообщающий канал входа с полостью за седлом поршневого клапана, при этом входной участок поршневого клапана при осевом перемещении перекрывает дополнительный продольный канал.
Дополнительные продольные канал/каналы выполнены в виде проточек или отверстий.
В регуляторе давления газа (вариант 2), содержащем каналы входа и выхода газа, корпус, внутри которого на штоке, установленном с возможностью осевого перемещения закреплен поршневой клапан, сообщающий каналы входа и выхода газа, седло клапана и регулирующий поршень, управляющий перемещением поршневого клапана, новым является то, что внутренняя поверхность канала входа и входной участок поршневого клапана выполнены профилированными, с образованием при осевом перемещении клапана канала переменного сечения, сообщающего канал входа с полостью за седлом поршневого клапана.
В регуляторе давления газа (вариант 3), содержащем каналы входа и выхода газа, корпус, внутри которого установлен с возможностью осевого перемещения поршневой клапан, сообщающий каналы входа и выхода газа, седло клапана и регулирующий поршень, управляющий перемещением поршневого клапана, новым является то, что в состав регулятора давления введена пористая вставка, которая расположена между каналами входа и выхода газа или в канале входа газа.
При расположении пористой вставки между каналами входа и выхода газа данная пористая вставка является элементом седла поршневого клапана.
При расположении пористой вставки между каналами входа и выхода газа данная пористая вставка является элементом поршневого клапана.
Сущность изобретения представлена на фиг.1-6, где:
на фиг.1 (вариант 1) представлен продольный разрез регулятора давления газа (поршневой клапан и канал входа в закрытом состоянии);
на фиг.2 - вырыв А фиг.1 (поршневой клапан и канал входа в промежуточной состоянии);
на фиг.3 - вырыв А фиг.1 (поршневой клапан и канал входа в открытом состоянии);
на фиг.4 (вариант 2) - продольный разрез фрагмента регулятора, где представлен профилированный канал, образованный поверхностями седла и клапана;
на фиг.5 (вариант 3) - продольный разрез фрагмента регулятора с пористой вставкой в седле клапана;
фиг.6 - (вариант 3) - продольный разрез фрагмента регулятора с пористой вставкой в клапане;
Здесь: 1 - канал входа газа; 2 - канал выхода газа; 3 - корпус; 4 - цилиндрическая обечайка, образующая канал входа газа 1; 5 - шток; 6 - поршневой клапан; 7 - седло клапана; 8 - дополнительные продольные каналы на внутренней поверхности выходного участка цилиндрической обечайки 4 (вариант 1); 9 - полость демпфера; 10 - отверстие отбора статического давления; 11 - регулирующий поршень; 12 - разгрузочная полость; 13 - полость управляющего давления; 14 - полость выходного давления; 15 - система управления командным давлением; 16 - сквозной осевой канал в штоке 5; 17 - поршень демпфера; 18 - возвратная пружина; 19 - неподвижная втулка; 20 - штуцер выходного давления; 21 - канал переменного сечения, образованный профилированными участками канала входа 1 и поршневого клапана 6 (вариант 2); 22 - пористая вставка (вариант 3).
Регулятор давления газа содержит каналы входа 1 и выхода 2 газа, корпус 3 с задней крышкой. Внутри корпуса 3 на штоке 5, установленном с возможностью осевого перемещения, закреплены поршневой клапан 6, сообщающий каналы входа 1 и выхода 2 газа, и регулирующий поршень 11, разделенные между собой посредством неподвижной втулки 19 с образованием соответственно разгрузочной полости 12 и полости управляющего давления 13. Возвратная пружина 18, опираясь на неподвижную втулку 19, поджимает поршневой клапан 6 к седлу 7. Между регулирующим поршнем 11 и задней крышкой корпуса 3 образована полость выходного давления 14, при этом разгрузочная полость 12 сообщена с каналом 1 входа газа, полость управляющего давления 13 сообщена с системой командного давления 15, полость выходного давления 14 сообщена с каналом 2 выхода газа.
Канал входа газа 1 образован цилиндрической обечайкой 4, торцевая стенка которой является седлом 7 поршневого клапана 6. На внутренней стороне выходного участка цилиндрической обечайки 4 выполнены дополнительные продольные каналы 8 переменного сечения, в виде проточек или отверстий (фиг.1, 2, 3), сообщающие канал входа 1 с полостью за седлом 7 поршневого клапана 6. Входной участок поршневого клапана 6 при осевом перемещении внутри обечайки перекрывает дополнительные каналы 8, при этом последовательно изменяется площадь проходного сечения (фиг.1, 2, 3).
Полость управляющего давления 13 сообщена с системой командного давления 15 газа.
Регулятор давления газа по варианту 2 отличается от варианта 1 тем, что внутренняя поверхность канала входа 1 и входной участок поршневого клапана выполнены профилированными, с образованием при осевом перемещении поршневого клапана 6 канала переменного сечения 21, сообщающего канал входа 1 с полостью за седлом 7 поршневого клапана 6 (фиг.4).
Регулятор давления газа по варианту 3 отличается от вариантов 1 и 2 тем, что между каналами входа 1 и выхода 2 газа расположена пористая вставка 20, например, из пористого металла, керамики или пакета из металлической сетки, которая располагается в канале входа газа 1 и является элементом седла 7 (фиг.5), или элементом входного участка поршневого клапана 6 (фиг.6), расположенного в канале входа газа 1.
Регулятор давления газа работает совместно с системой командного давления газа 15, в качестве которой может использоваться задатчик давления, редуктор и прочие аналогичные устройства. В этих устройствах может использоваться регулируемый газ в качестве рабочего тела.
Для открытия регулятора система командного давления газа 15 настраивается на определенное заданное давление. Газ с заданным давлением поступает в разгрузочную полость 12 и через разделительную жидкость передается в полость управляющего давления 13.
Поршневой клапан 6 прижат к седлу 7 цилиндрической обечайки 4, образующей канал входа газа 1, при этом входной участок поршневого клапана 6 перекрывает дополнительные продольные каналы 8 на внутренней поверхности выходного участка цилиндрической обечайки 4. Под действием управляющего давления регулирующий поршень 11 перемещается и через жестко связанный со штоком 5 поршневой клапан 6 открывает регулятор давления. Редуцирование газа происходит при прохождении входного участка поршневого клапана 6 вдоль выходного участка цилиндрической обечайки 4, на внутренней поверхности которого имеются продольные каналы 8, и последовательного плавного увеличения площади проходного сечения, что обеспечивает надежную работу регулятора давления при малых расходах газа.
В процессе работы возможна дополнительная коррекция величины управляющего давления для выбора того или иного режима работы регулятора по выходному давлению, величина которого задается потребителем газа. При увеличении расхода потребляемого газа давление в канале 2 выхода газа уменьшается, что приводит к снижению давления в полости выходного давления 13 и перемещению регулирующего поршня 11 и увеличению проходного сечения между поршневым клапаном 6 и седлом 7 и, следовательно, увеличивается расход газа. Регулирующий поршень 11 перемещается до тех пор, пока не установится равновесие, соответствующее заданному выходному давлению при новом расходе. При уменьшении расхода потребляемого газа давление в канале 2 выхода газа повышается, что приводит к обратному перемещению регулирующего поршня 11 и уменьшению проходного сечения между поршневым клапаном 6 и седлом 7. Возникающие в системе колебания, обусловленные жесткостью возвратной пружины 18 и пульсациями давления в каналах входа 1 и выхода 2, гасятся за счет системы демпфирования.
По варианту 2 редуцирование газа происходит при прохождении входного профилированного участка поршневого клапана 6 вдоль выходного участка цилиндрической обечайки 4, внутренняя поверхность которого имеет профиль, соответствующий профилю входного участка поршневого клапана 6, с образованием канала переменного сечения 21, и последовательного плавного увеличения площади проходного сечения, что обеспечивает надежную работу регулятора давления газа при малых расходах газа.
По варианту 3 редуцирование газа происходит при прохождении газа через пористую вставку 20, расположенную между каналами входа 1 и выхода 2. При расположении пористой вставки 20 в канале входа газа на цилиндрической обечайке 4 редуцирование газа происходит при перемещении поршневого клапана 6, газ проходит через пористую вставку 20, при этом изменяется площадь сечения и длина пути, проходимого газом в пористой вставке, что оказывает непосредственное влияние на расход газа через регулятор.
При выполнении пористой вставки 20, расположенной в канале входа газа 1 на поршневом клапане 6, редуцирование газа происходит через пористую вставку 20, при этом величина расхода определяется положением пористой вставки 20 относительно цилиндрической обечайки 4 канала входа 1 и седла 7 клапана 6. Такое положение поршневого клапана 6 соответствует режимам с малыми расходами газа. Дальнейшее перемещение клапана 6 приводит к тому, что открывается кольцевой зазор между седлом 7 и клапаном 6, сообщающим полость канала входа 1 с полостью канала выхода 2, таким образом, пористая вставка 20 при осевом перемещении внутри обечайки 4 изменяет площадь проходного сечения канала выхода газа.
Все предлагаемые варианты выполнения регулятора давления газа обеспечивают последовательное плавное увеличение площади проходного сечения, при этом повышается надежность работы и точность поддержания выходного давления при малых расходах газа.