РЕГУЛЯТОР РАСХОДА

Полезная модель относится к пневмогидравлической замерной арматуре, в частности к отключающим и отсечным клапанам для газонефтепроводов, по которым перекачиваются жидкости под давлением.
Полезная модель основывается на проблеме создания регулятора расхода с высокой периодичностью срабатывания до 6-7 циклов в минуту, работающего под давлением, при высоких температурах и в агрессивной среде, где требуется высокая функциональная надежность.
Известен аналог регулятор расхода (патент РФ №2002127312/20 кл. F16K 17/04 опубл. 2002 г.) содержащий корпус с установленным в нем подпружиненным поршнем и фиксирующей канавкой для взаимодействия с двумя парами фиксирующих узлов. Фиксирующие узлы каждой пары расположены в перпендикулярных плоскостях и смещены по оси регулятора, на торце поршня установлен уплотнительный узел. В полости поршня установлена турбина.
Недостатками известного устройства является большой вес и большой диаметр поршня передвигающегося в жидкости - это вынуждает к установки сильной возвратной пружины поршня и соответственно сильных пружин фиксаторов. Кроме этого турбина не обеспечивает поворачивания поршня вокруг оси. Еще одним недостатком является износ и задиры фторопластового кольца поршня, которые происходят при незначительном люфте по поверхности контакта, наружной поверхности поршня и внутренней поверхностью корпуса. Следующий недостаток - отсутствие смазки подвижных элементов регулятора. Перечисленные недостатки приводят к накатыванию на поверхности поршня несанкционированных канавок, преждевременному износу шариков и нарушению герметичности уплотнительного узла поршня.
Известен прототип регулятор расхода (патент РФ №2004122814/22 кл. F16К 17/04 опубл. 2004 г.) содержащий корпус с установленным в
нем подпружиненным поршнем со штоком и стакан (далее корпус фиксаторов), установленный вертикально, герметично соединенный с корпусом хомутом. В корпусе фиксаторов установлены два фиксирующих узла взаимодействующих со штоком поршня. На торце поршня установлен уплотнительный узел.
Недостатком прототипа является большая сила сжатия пружин фиксаторов, так как конструкция фиксаторов, выполненных в виде двух пар взаимосвязанных рычагов, не позволяет установить слабые пружины. Это вынуждает устанавливать сильную возвратную пружину поршня. При этом пружины фиксаторов работают в сложной механической нагрузке (сжатие, изгиб, трение об стенки фиксатора), что приводит их к преждевременному выходу из строя. Следующим недостатком является износ и задиры фторопластового кольца уплотнительного узла поршня, которые происходят по тем же причинам, как и в аналоге. Важным недостатком является - отсутствие смазки подвижных элементов регулятора работающих в зоне газовой "подушки". Все выше перечисленные недостатки снижают надежность регулятора.
Задачей полезной модели является создание регулятора расхода позволяющего значительно повысить его надежность, контролировать работу регулятора расхода по системе телемеханике.
Поставленная задача решается тем, что в регуляторе расхода, содержащий корпус с установленным в нем подпружиненным поршнем со штоком и корпус фиксаторов установленным вертикально, герметично соединенным с корпусом хомутом, в котором установлены два фиксирующих узла, на торце поршня установлен уплотнительный узел, согласно полезной модели в основание корпуса фиксаторов выполнена газовая полость, в теле корпуса фиксаторов расположена подвижная втулка соосно связанная со штоком поршня, втулка имеет две кольцевые канавки, взаимодействующие с двумя шариковыми фиксирующими узлами, при этом два фиксирующих узла расположены диаметрально противоположно и находятся в перпендикулярных плоскостях и смещены по оси корпуса фиксаторов, наружная поверхность втулки частично контактирует с внутренней
поверхностью тела корпуса фиксаторов по поверхности контакта, в корпусе фиксаторов с каждой стороны от поверхности контакта втулки выполнены полости, сообщающиеся между собой каналами, при этом полость контактирующая с крышкой корпуса фиксаторов соединена U-образным трубопроводом через обратные клапаны установленные параллельно и встречно направленные с газовой полостью, U-образный трубопровод и полости заполнены смазочным маслом, в корпусе между входным и выходным каналами установлено седло поршня соосное с корпусом фиксаторов и штоком поршня, в основание седла выполнено посадочное место для направляющего стержня штока.
По поверхности контакта наружной поверхности штока с внутренней поверхностью корпуса фиксаторов в теле корпуса фиксирующих узлов может быть установлено уплотнение.
В регуляторе расхода поршень может иметь ограничительную крышку с прижатым резиновым кольцом, а уплотнительный узел поршня может быть выполнен в виде резинового кольца прижатого стальным кольцом.
В крышке корпуса фиксаторов может быть установлен электромагнитный датчик, воздействие на который осуществляется перемещением постоянного магнита установленного на свободном конце штока.
Газовая полость, выполненная в основание корпуса фиксаторов, позволяет поршню свободно передвигаться в корпусе, что невозможно у аналога, где поршень передвигается в жидкости. При этом газовая полость позволяет в несколько раз снизить силу сжатия силовой возвратной пружины поршня по сравнению с аналогом.
В теле корпуса фиксаторов расположена подвижная втулка соосно связанная со штоком поршня, такая конструкция позволила снизить вес этого узла в несколько раз, что не выполнено у аналога и прототипа. Снижение веса позволило снизить силу сжатия силовой возвратной пружины поршня.
Подвижная втулка, имеющая две кольцевые канавки, взаимодействующая с двумя шариковыми фиксирующими узлами, позволила также снизить силу сжатия силовой возвратной пружины поршня и силу сжатия пружин двух фиксаторов, что невозможно выполнить у прототипа, так как фиксирующие узлы выполнены в виде двух пар взаимосвязанных рычагов.
В заявляемой конструкции регулятора не требуется точной соосности фиксирующих узлов, как в известном аналоге.
Полости, выполненные между подвижной втулкой и сообщающиеся между собой каналами, позволяют втулке свободно передвигаться в жидкости а подвижным элементам регулятора работать в смазочном масле, что не выполнено у известного аналога и прототипа.
U-образный трубопровод, заполненный маслом, создает масляный затвор, препятствующий попадание паров протекающей жидкости через регулятор в смазочное масло.
Два обратных клапана, установленные параллельно и встречно направленные создают перепад давления, предусмотренный техническими характеристиками регулятора, между полостями заполненными маслом и газовой полостью.
Во-первых, два обратных клапана снижают силу давления на уплотнение, установленное в теле фиксаторов, разделяющего полости заполненные маслом от газовой полости, что значительно уменьшает износ уплотнения.
Во-вторых, два обратных клапана в рабочем состояние регулятора расхода закрыты, следовательно, закрыт доступ паров протекающей через регулятор жидкости.
Открытие одного из обратных клапанов обусловлено снижением или повышением давления в газовой полости.
В корпусе регулятора расхода установлено седло поршня соосное корпусу фиксаторов и штоку, в основание седла выполнено посадочное место для направляющего стержня штока. При такой конструкционной связи седла, поршня и штока практически не происходит повреждения и быстрого износа уплотнительного узла поршня в отличие от аналога и прототипа.
По поверхности контакта, наружной поверхности штока с внутренней поверхностью корпуса фиксаторов в теле корпуса фиксаторов, установлено уплотнение. Уплотнение позволило отделить газовую полость от полостей заполненных маслом и препятствует утечки масла.
Поршень выполнен с ограничительной крышкой и прижатым ограничительным резиновым кольцом, ограничивают ход и смягчают посадку поршня регулятора. Резиновое кольцо уплотнительного узла поршня при таком исполнении не подвергается быстрому износу и задирам.
Электромагнитный датчик, установленный в крышке корпуса фиксаторов, позволяет контролировать работу регулятора по системе телемеханике, что не предусмотрено у аналога и прототипа.
Такая конструкция регулятора позволяет подвижным элементам работать в смазочном масле, что значительно снизит износ подвижных элементов регулятора по сравнению с известным аналогом и прототипом. Заявляемая конструкция регулятора расхода позволила снизить силу сжатия возвратной пружины поршня, при этом и в несколько раз снизились силы сжатия пружин фиксирующих узлов, что не возможно выполнить у аналога и прототипа.
За счет всех вышеперечисленных факторов, данная полезная модель позволяет добиться требуемых режимов работы регулятора расхода и получить заявленный технический результат, при этом значительно повысить надежность.
На фиг.1 изображен разрез регулятора расхода в закрытом положение поршня.
На фиг.2 изображен дополнительный вид седла поршня.
На фиг.3 изображен разрез регулятора расхода в открытом положение поршня.
На фиг.4 изображен выносной элемент узла поршня.
Регулятор расхода (фиг.1-4) содержит корпус 1, с установленным в нем подвижным поршнем 10. В корпус 1 установлен вертикально корпус фиксаторов 2, герметично соединенные между собой хомутом 25. Поршень 10 установленный в корпусе 1, закреплен на штоке 9 гайкой и подпружинен пружиной 13 относительно корпуса фиксаторов 2.
В корпусе фиксаторов 2 выполнены полости 19, 20, сообщающиеся между собой каналами (отверстиями) 18. В местах установки фиксаторов выполнены каналы (отверстия) для смазки подвижных элементов фиксаторов (на чертеже не показано).
Втулка 4 закреплена гайкой на штоке 9, при этом наружная поверхность втулки 4 и внутренняя поверхность корпуса фиксаторов 2 частично
контактирует между собой по поверхности контакта. Втулка 4 имеет две кольцевые канавки, взаимодействующие с шариками 21 фиксаторов 3, 16. Фиксаторы 3 и 16 конструктивно одинаковы. Шарики 21 подпружинены через толкатель 22 пружиной 23 относительно поршневого винта 24. Поршни винтов 24 фиксаторов 3, 16 герметично уплотняется резиновыми кольцами. Фиксаторы 3 и 16 установлены диаметрально противоположно и находятся в перпендикулярных плоскостях, смещенные по оси корпуса фиксаторов 2. По поверхности контакта, наружной поверхности штока 9 с внутренней поверхностью корпуса фиксаторов 2 в теле корпуса фиксаторов установлено радиальное уплотнение 5, обеспечивающее герметичное разделение газовой полости 8 от полости 19.
Полость 20 U-образным трубопроводом 6 через обратные клапаны 14 и 15 герметично соединена с газовой полостью 8.
В Корпусе 1 между входным и выходным каналом установлено седло 11. В основание седла 11 выполнено посадочное место для направляющего стержня 17 штока 9.
В крышке корпуса фиксаторов имеется стакан, выполненный из немагнитной стали (на чертеже не показан), в который установлен электромагнитный датчик 7. Датчик 7 соединен с контролируемым пунктом системы телемеханики (на чертеже не показан).
Поршень 10 содержит ограничительную крышку 26, резиновое кольцо 27, и уплотнительный узел. Уплотнительный узел поршня 10 содержит резиновое кольцо 29. Резиновые кольца 27 и 29 прижаты гайкой между ограничительной крышкой 26 и стальными кольцами 28 и 30.
На свободном конце штока 9 установлен постоянный магнит 12.
Работа регулятора расхода осуществляется следующем образом.
При запуске газонефтепровода с установленным регулятором повышается давление на входе и выходе корпуса 1, при этом открывается обратный клапан 14, который устанавливает полости заполненные маслом под давление, предусмотренное техническим режимом. В процессе начала работы регулятора производится настройка фиксаторов 3, 16, т.е. регулируются усилия прижима шариков 21 через толкатели 22 пружинами 23
с помощью поршневых винтов 24.
В исходном закрытом состоянии регулятора уплотнительный узел поршня 10 прилегает к седлу 15 и взаимодействие резинового кольца 29 с внутренним диаметром седла 15 позволяет обеспечить надежную герметичность поршня регулятора. Удержание поршня регулятора в закрытом состоянии обеспечивается взаимодействием шарика 21 фиксатора 3 с бортиком кольцевой канавки втулки 4.
Когда перепад давления на входе и выходе регулятора достигнет величины 0,07-0,1 МПа поршень 10, взаимодействуя через шток 9 и втулку 4, отожмет шарик 21, толкатель 22, пружину 23 внутрь фиксатора 3. При этом энергия потока жидкости, протекающая через седло 11, переместит поршень 10 в открытое положение, сжав силовую возвратную пружину 13. Втулка 4 и магнит 12 также переместятся в открытое положение. Датчик 7 выдаст сигнал в систему телемеханики об открытии регулятора. Шарик 21 фиксатора 16, взаимодействуя с другим бортиком канавки втулки 4, будет удерживать поршень регулятора в открытом положение.
В момент перемещения поршня 10 в открытое положение жидкость, находящаяся над ограничительной крышкой 27 поршня, свободно переместится в газовую полость корпуса фиксаторов 2. Свободное перемещение втулки 4 и штока 9 в открытое состояние произойдет за счет того, что свободно переместится смазочное масло через каналы 18 из одной масляной полости в другую.
По мере сброса жидкости, перепад давления снижается, а также снижается энергия потока жидкости, воздействующая на поршень 10 и когда достигнет величины 0,01-0,03 МПа усилие сжатой силовой возвратной пружины 13 возрастет и вернет поршень 10 в закрытое состояние. Шарик 21, толкатель 22, пружина 23 отожмутся внутрь фиксатора 16 втулкой 4, а фиксатор 3 зафиксирует поршень 10 в закрытом положении.
Перемещение втулки 4 и штока 9 в закрытое положение вызовет свободное перемещение смазочного масла в обратном направлении.
Следует отметить, что перемещение штока 9 в полости 19 будет уменьшать или увеличивать объем полости 19 который компенсируется объемом U-образного трубопровода 6. В U-образном трубопроводе 6 будет происходить колебание уровня смазочного масла.
При нормальной работе регулятора обратные клапаны 14, 15 находятся в закрытом положении. Повышение или понижение давления в газонефтепроводе будет открывать обратные клапана 14 или 15, выравнивая перепад давления между полостями 19, 20 и газовой полостью 8.