РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА КОМБИНИРОВАННЫЙ
COMBINED GAS PRESSURE REGULATOR

Регулятор давления газа относится к устройству автоматического поддержания давления рабочей среды на заданном уровне и предназначен для обеспечения природным газом производственных и коммунальных потребителей. Заявляемый регулятор относится к классу регуляторов среднего выходного давления.
Из уровня техники известен регулятор давления газа по патенту РФ №2182720, содержащий входной и выходной канал к потребителю, мембранный запорный клапан минимального и максимального давления срабатывания со штоковым указателем и узлом фиксации, мембранный редуктор газа и клапан сброса, ось которого совпадает с осями мембранного запорного клапана и клапана мембранного редуктора, причем седла последних двух клапанов выполнены в виде единого одностороннего седла с двумя концентрическими опорными элементами. Кроме того, регулирующий клапан размещен во входной полости и через связанный с ним стержень контактно взаимодействует за счет рычага с мембраной редуктора газа. Рычаг имеет точку опоры для оси вращения на одностороннем седле со стороны выходной полости.
Основной недостаток данного регулятора давления газа состоит в том, что регулирующий клапан расположен во входной полости и дополнительно к действию входного давления рабочей среды нагружен пружиной, прижимающей его к рычагу, обеспечивающему за счет контактного соприкосновения взаимодействие с толкателем мембранного привода. Отсутствие неразрывной связи стержня клапана с рычагом на малых расходах приводит регулятор в вибрационный режим работы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является регулятор давления газа, раскрытый в описании изобретения по патенту №2276804. Регулятор (соответствующий классу РДК 50Н) включает корпус с входной и выходной полостями, запорный клапан минимального и максимального давления срабатывания с мембранным чувствительным механизмом, расположенные в корпусе со стороны входной полости, мембранный привод, управляющий регулирующим клапаном, при этом взаимодействие мембранного привода и штока регулирующего клапана обеспечено рычагом второго рода через контактно-неразрывные соединения скользящего типа.
Известный регулятор предназначен для редуцирования высокого и среднего давления на низкое. Основным его недостатком является наличие и использование рычага второго рода в качестве элемента, обеспечивающего взаимодействие мембранного привода и штока регулирующего клапана, который увеличивает в два раза усилие, передаваемое мембраной привода на клапан для его герметичного закрытия. А также к недостаткам можно отнести систему разгрузки клапана, основной частью которой является мембрана, изготовленная из маслобензостойкой резины, так как резина со временем стареет и изнашивается, в результате чего перестает выполнять свои функции.
Задачей заявляемого технического решения является оптимизация конструкции регулятора давления, позволяющая использовать заявляемую конструкцию регулятора в том числе и для редуцирования высокого и среднего давления на среднее.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности и точности редуцирования клапана, а также обеспечении развития мембраной привода достаточного усилия для герметичного закрытия клапана, которое напрямую зависит от величины выходного давления. Кроме того, технический результат заключается в обеспечении возможности использования устройства в соответствии с заявляемым изобретением как в качестве регулятора давления газа, так и в качестве и предохранительного запорного клапана.
Низким давлением считается давление до 5 кПа, средним от 5 кПа до 300 кПа, высоким от 300 кПа до 1200 кПа.
Поставленная задача решается тем, что регулятор давления газа комбинированный, включающий корпус, соединенный с клапаном-отсекателем через седло, и  исполнительный механизм, соединенный с корпусом и содержащий мембранную камеру, включающую головку и крышку исполнительного механизма, между которыми расположена подвижная система мембранного типа (мембрана), регулирующий клапан, согласно техническому решению, содержит выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в обойме шток-поршень, расположенный под мембраной исполнительного механизма и обеспечивающий передачу усилия, развиваемого мембраной исполнительного механизма регулирующему клапану регулятора, при этом площадь контактной поверхности шток-поршня равна площади отверстия в седле исполнительного механизма регулятора за вычетом площади сечения штока, проходящего сквозь седло.
Заявляемое изобретение поясняется следующими изображениями:
На фиг. 1 схематично представлен вид регулятора в разборе;
На фиг. 2 представлен заявляемый регулятор в разрезе.
Позициями на чертежах обозначены:
1.  корпус;
2. исполнительный механизм;
3. клапан-отсекатель;
4. регулировочный винт;
5. пружина (исполнительного  механизма);
6. шпилька;
7. подвижная система (исполнительного механизма);
8. крышка (исполнительного механизма);
9.  втулка;
10. головка (исполнительного механизма);
11. шток-поршень;
12. основной клапан;
13.  клапан (исполнительного механизма);
14. седло (клапана-отсекателя);
15. перепускной клапан;
16. пружина;
17.  шток;
18.  головка (клапана-отсекателя);
19. сепаратор;
20. шарики;
21. каретка;
22. пружина (на понижение);
23. пружина (на повышение);
24. крышка (клапана-отсекателя);
25. регулировочный винт (на понижение);
26. регулировочный винты (на повышение);
27. седло (исполнительного механизма);
28. обойма;
29. подвижная система (клапана-отсекателя);
30. вилка.
Заявляемый регулятор давления газа представляет собой корпус 1 с исполнительным механизмом 2 и клапаном-отсекателем 3. В корпусе смонтировано седло 14 клапана-отсекателя.
В качестве контактного взаимодействия регулирующего клапана и мембранного привода исполнительного механизма выступает шток-поршень 11. Исполнительный механизм включает в себя мембранную камеру, состоящую из головки 10 и крышки 8, между которыми зажата подвижная система 7 мембранного типа. На тарелку подвижной системы опирается пружина 5, являющаяся задатчиком значений выходного давления. Усилие пружины изменяется путем вращения регулировочного винта 4. Под мембраной расположен шток-поршень 11, передающий возвратно-поступательное движение клапану 13, а также выполняющий функцию разгрузки клапана. Шток-поршень перемещается в обойме 28, в нижнюю часть которой вкручено седло 27.
Внутри обоймы смонтирована направляющая втулка 9. Исполнительный механизм шпильками 6 соединен с корпусом регулятора. К нижней части корпуса закреплен клапан-отсекатель. Седло клапана-отсекателя 14 смонтировано в корпусе. Между головкой 18 и крышкой 24 клапана-отсекателя закреплена подвижная система 29 мембранного типа. В головке установлен сепаратор 19 с шариками 20, а в центральной части подвижной системы - каретка 21. Элементами, задающими значения давлений срабатывания клапана-отсекателя, являются пружины 22 и 23, расположенные в крышке. Усилие пружин меняется с помощью регулировочных винтов 25 и 26 соответственно. Основной клапан 12 и перепускной клапан 15 смонтированы на штоке 17, приводимом в движение с помощью пружины 16.
Шток-поршень 11 связывает мембрану исполнительного механизма с клапаном 13 регулятора и, соответственно, передает усилие, развиваемое мембраной, клапану. Шток-поршень имеет контактную поверхность, площадь которой равна площади отверстия в седле исполнительного механизма регулятора за вычетом площади сечения штока, проходящего сквозь седло. Площадь контактной поверхности шток-поршня является расчетной величиной и рассчитывается, исходя из диаметра седла регулятора. Если эти площади будут различаться, то тогда нарушится равновесие клапана, что приведет к изменению давления на выходе регулятора при изменении давления на его входе. В случае прекращения разбора газа после регулятора, в газопроводе начинает повышаться давление. Равновесие нарушается, и мембрана начинает движение вверх, передавая усилие на клапан через шток-поршень. При движении клапана вверх уменьшается зазор между клапаном и седлом, в результате чего регулятор закрывается. Одна из сил, действующих непосредственно на клапан, равна:
2
2
F = Р х S , где  Р - входное давление в кгс/см, а S  - активная площадь клапана, см. Соответственно, при изменении входного давления нарушается баланс сил (при неразгруженном клапане), создаваемых пружиной, мембраной и клапаном, что приведет к изменению давления на выходе, т. е. к неравномерности регулирования. В нашем случае, усилие, создаваемое шток-поршнем, противоположно направлено и по модулю равно усилию, создаваемому клапаном, в результате чего эти усилия уравновешиваются, что обеспечивает разгруженность клапана. При таком варианте на мембрану исполнительного механизма усилие не передается, точность редуцирования повышается.
Заявляемый регулятор работает следующим образом.
При открытом седле клапана-отсекателя, входное давление по внутреннему каналу корпуса подается на клапан исполнительного механизма, при этом усилие воздействия входного давления на клапан уравновешивается поршневой системой разгрузки клапана.
При прохождении через седло, давление газа редуцируется. Импульс выходного давления подается в подмембранную полость мембранной камеры исполнительного механизма.
При любом установившемся режиме работы регулятора его подвижные элементы находятся в равновесии. Усилие пружины и масса подвижных элементов уравновешиваются в каждом положении импульсным давлением.
В случае прекращения расхода газа давление газа за регулятором возрастает. Избыточное давление перемещает рабочую мембрану вверх до полного закрытия клапана.
Взвод клапана-отсекателя осуществляют поворотом рукоятки, на одной оси с которой закреплена вилка 30. Шток с клапанами перемещаются вниз, открывая седло. При заданном выходном давлении мембрана клапана-отсекателя занимает нейтральное положение.
Бурт каретки удерживает шарики от радиального перемещения. Бурт штока упирается в шарики, блокируя осевое движение штока.
При повышении или понижении выходного давления до значений настройки срабатывания клапана-отсекателя происходит перемещение соответственно вниз или вверх мембраны вместе с кареткой. Шарики перемещаются в радиальном направлении, освобождая шток. Под воздействием пружины клапан поджимается к седлу, перекрывая поток газа.
Блочно-модульная конструкция заявляемого регулятора позволяет производить регламентные и ремонтные работы, а также замену блоков без снятия регулятора с линий редуцирования.
Заявляемый регулятор давления газа совмещает в себе два устройства - регулятор давления газа и предохранительный запорный клапан. Комбинация двух устройств в одном и определила название заявляемого устройства как регулятор давления газа комбинированный.