Усилитель регулятора давления
PRESSURE REGULATOR AMPLIFIER

Изобретение относится к области регулирующей арматуры и касается составной части регулятора давления газа - усилителя.
Известно командное устройство, включающее мембрану с задающей пружиной и штоком, образующим седло сферического клапана, являющегося сбросным клапаном, который связан со вторым сферическим клапаном, являющимся рабочим клапаном, при этом полость между клапанами является командной, а полость за сбросным клапаном через центральное сечение в штоке сообщено с полостью слева от мембраны и являющейся полостью обратной связи (патент РФ на полезную модель №155506 МПК G01L 7/00, 07.10.2014).
Недостатком устройства при хорошей герметичности клапанов является увеличение холостого хода клапанов и вследствие чего увеличение нечувствительности усилителя.
Известен регулятор-усилитель спаренный, содержащий два цилиндрических корпуса с полостями входного, командного и выходного давления, клапан-поршень, поршень-шток, сдвоенный клапан, седло, устройство нажимное (патент РФ на полезную модель №147597, МПК G05D 16/00, 10.11.2014).
Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность при знакопеременных нагрузках.
Известен усилитель регулятора давления газа, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде двух мембран, между которыми размещен регулирующий орган, включающий шток, жестко закрепленный в корпусе с установленным в нем соплом, взаимодействующим с седлом, установленном на хомуте, причем хомут соединен с мембранами при помощи тарелки, диска и гаек (патент РФ на полезную модель 171287, МПК G05D 16/06, 09.08.2016).
Недостатком данного устройства является возможность колебательных процессов мембранного узла на минимальных расходах газа через регулятор давления газа.
Известен пилот-регулятор, работающий совместно с регулятором давления, содержащий корпус, штуцер подачи импульсного газа, моноклапан с двумя коническими поверхностями, седло подвижное, опирающееся на вторую коническую поверхность моноклапана, поршень измерительный со штоком, полости командного давления и обратной связи, при этом входной участок седла неподвижного и входной участок седла подвижного выполнены в виде тонкостенных цилиндрических обечаек с возможностью упругой деформации при контакте с моноклапаном (патент РФ на изобретение 2010708, МПК G05D 16/00, 31.12.2015).
Недостатком данного устройства, принятого за прототип, и перечисленных аналогов является плохое качество регулирования на переходных режимах работы, особенно при возмущениях на режимах малого расхода газа через регулятор давления газов.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в улучшении качества регулирования, а также на обеспечение хорошей технологичности при сборке-разборке и регулировке усилителя регулятора давления газа.
Технический результат достигается тем, что в усилителе регулятора давления газа, содержащем корпус, крышку со штуцером подачи импульсного газа, моноклапан с возвратной пружиной, седло неподвижное, седло подвижное, поршень измерительный со штоком, полость командного давления, сообщенную с каналом командного давления, полость давления обратной связи, пружину задающую, новым является то, что шток поршня измерительного выполнен подвижным относительно поршня измерительного с уступом для контакта с этим поршнем и снабжен дополнительным поршнем обратной связи, размещенным во втулке, коаксиально размещенной в корпусе усилителя, при этом дополнительный поршень и втулка образуют полость, сообщаемую через радиальное и осевое сверления в подвижном штоке либо с полостью командного давления через центральное сверление в моноклапане, либо с полостью давления обратной связи через щелевой зазор между моноклапаном и седлом подвижным, выполненным в штоке подвижном и имеющим плоскую форму, причем шток через дополнительный поршень и шарик нагружен пружиной задающей; моноклапан кроме центрального сверления имеет два радиально разнесенных сверлений: первое для сообщения с полостью командного давления и второе через проточку на моноклапане с полостью подачи импульсного газа через щель между седлом неподвижным и левым торцом моноклапана, правый плоский торец которого находится в контакте с седлом подвижным.
Также в седле неподвижном выполнен выступ по окружности центрального сверления, а в левый торец моноклапана заделана уплотняющая прокладка из прочного износостойкого упругого материала, например, «Адипрена».
Также моноклапан выполнен из нержавеющей стали, а шток подвижный из бронзы.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема усилителя регулятора давления газа (далее - усилитель), на фиг. 2 - схема рабочего клапана, на фиг. 3 - схема сбросного клапана.
Усилитель содержит корпус 1, крышку 2 со штуцером 3 подвода импульсного газа. Крышка 2 фиксирует опору 4 с пружиной 5 моноклапана 6, размещенного в седле неподвижном 7. Эта левая часть моноклапана 6 с седлом неподвижным 7 образует рабочий клапан «Р» (фиг. 2)
На одной оси с моноклапаном 7 размещен шток 8 поршня измерительного 9. При этом шток 8 выполнен подвижным относительного поршня измерительного 9 и имеет уступ 10 для контакта с этим поршнем. Шток 8 содержит дополнительный поршень обратной связи 11, размещенный в неподвижной втулке 12, которая коаксиально установлена в корпусе 1 усилителя. Поршень 11 и втулка 12 образуют полость 13. Эта полость может быть сообщена через радиальное 14 и осевое сверление 15 в подвижном штоке 8 либо с полостью командного давления 16 через центральное отверстие 17 в моноклапане 6, либо с полостью давления обратной связи 18 через щелевой зазор 19 между моноклапаном 6 и седлом подвижным 20, выполненным в штоке подвижном 8 и имеющим плоскую форму. Эта правая часть моноклапана 6 и седло подвижное 20 образуют сбросной клапан «С» (фиг. 3). Шток подвижный 8 через дополнительный поршень обратной связи 11, шарик 21 и опору 22 нагружен пружиной задающей 23. Винт 24 служит для настройки уровня давления за регулятором давления газа.
Моноклапан 6 кроме центрального сверления 17 имеет два радиальных разнесенных сверлений: сверление 25 сообщено с полостью командного давления 16, которая сообщена с каналом 26 подачи командного давления на регулятор давления газа, и сверление 27, которое сообщено через проточку 28 в моноклапане 6 с полостью подачи импульсного газа 29 через щель 30 между седлом неподвижным 7 и левым торцом 31 моноклапана 6 (фиг. 2). Правый торец 32 моноклапана 6 находится в контакте с седлом подвижным 20.
Рабочий клапан «Р» должен быть герметичным, чтобы исключить возможность самопроизвольного включения регулятора давления. Для этого в левый торец моноклапана 6 заделана прокладка 33 из прочного износостойкого упругого материала, например, «Адипрена», а на плоскости седла неподвижного 7 по окружности отверстия (сверления 15) выполнен выступ 34. В сбросном клапане «С» моноклапан 6 выполнен из нержавеющей стали, а седло подвижное 20 в составе штока 8 выполнено из бронзы для обеспечения хорошего прилегания. Тем не менее, по выполняемой им функции в сбросном клапане «С» не требуется полной герметичности, т.к. наличие протечки по этому клапану компенсируется отработкой по обратной связи по давлению за регулятором давления.
Усилитель регулятора давления газа работает следующим образом. На равновесных режимах в полости командного давления 16 и соответственно через канал 26 в исполнительном органе регулятора давления (условно не показано) устанавливается фиксированное давление, определяемое положением рабочего «Р» и сбросного «С» клапанов. В свою очередь, это положение определяется усилиями от пружины задающей 23, давления в полости обратной связи 18 и возвратной пружины 5 и давления в полости 13. Указанное фиксированное давление определяет соответственно заданный уровень регулируемого давления за регулятором давления газа.
Наличие незначительных допустимых протечек на сбросном клапане «С» на равновесных режимах вызовет уменьшение давления в исполнительном органе регулятора давления и вследствие чего уменьшение давления за регулятором давления газа, на что реагирует поршень измерительный 9, который под действием пружины задающей 23 через опору 22, шарик 4 и дополнительный поршень обратной связи 11 сместит моноклапан 6 влево на открытие рабочего клапана «Р» на восстановление заданного исходного уровня давления за регулятором давления. По мере проявления протечек на сбросном клапане «С» вышеописанные циклы будут повторяться, поддерживая заданный режим по давлению за регулятором давления.
На переходных режимах (изменение нагрузки сети за регулятором давления - изменение расхода и давления газа) для улучшения качества регулирования (уменьшение заброса давления за регулятором давления газа и устранение возможности автоколебаний) служит дополнительная обратная связь по давлению за рабочим клапаном «Р».
Например, при падении давлении в сети за регулятором давления газа, сигнал обратной связи по давлению за регулятором давления проходит в полость давления обратной связи 18 как уменьшение давления. В результате, под действием пружины задающей 23 шток 8 через моноклапан 6 открывает рабочий клапан «Р», одновременно закрывая клапан сбросной «С» и соединяя полость 13 через центральное сверление 15 в седле подвижном 20 и сверление 17 в моноклапане 6 с подводом командного давления за рабочим клапаном «Р». При этом открытие рабочего клапана «Р» увеличивает командное давление на исполнительный орган регулятора давления. Одновременно с этим под действием давления в полости 13 поршень дополнительной обратной связи 11 сместится вправо и вслед за ним сместится вправо моноклапан 6 под действием пружины 5, прикрывая рабочий клапан «Р» и уменьшая командное давление. Тем самым устраняется возможность перерегулирования и возникновения автоколебаний.
При повышении давления в полости обратной связи 18 все процессы проистекают в обратном порядке.
Таким образом, предложенное выполнение усилителя регулятора давления газа повышает качество его регулирования. Кроме того повышена его технологичность и удобство обслуживания, например, за счет снижения требований к точности изготовления сбросного клапана «С».