РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Полезная модель относится к технике автоматического регулирования газа, а именно к газорегулирующей аппаратуре и может быть использована в системах газоснабжения промышленных, сельскохозяйственных объектов, а также на объектах коммунально-бытового хозяйства, требующих автоматического поддержания выходного давления газа на заданном уровне. Конструкция заявляемой полезной модели обеспечивает высокую надежность в процессе эксплуатации и может быть рекомендована для установки в системах обеспечения природным газом опасных производственных объектов.
С помощью регуляторов давления газа осуществляют управление режимом работы системы газораспределения, которые автоматически поддерживают постоянное давление в точке отбора независимо от интенсивности потребления газа. При регулировании давления происходит снижение начального - более высокого - давления до конечного - более низкого. Это достигается автоматическим изменением степени открытия мембранного блока исполнительного устройства регулятора, вследствие чего автоматически изменяется сопротивление проходящему потоку газа.
Автоматический регулятор давления состоит из задающего и исполнительного механизмов. Основной частью исполнительного механизма является чувствительный элемент, который сравнивает сигналы задатчика и текущего значения регулируемого давления. Исполнительный механизм преобразует командный сигнал в регулирующее воздействие и в соответствующее перемещение подвижной части регулирующего органа за счет энергии рабочей среды - газа. Регулирование обеспечивается подвижным состоянием регулирующего органа исполнительного механизма.
В системах газораспределения наиболее распространены следующие типы автоматических регуляторов давления газа (по виду нагрузки):
- Регуляторы давления газа прямого действия с пружинной и рычажно-пружинной нагрузками, например регуляторы давления газа РДГД-20 и РДСК-50, в которых усилие рабочей мембраны передается непосредственно на клапан, находящийся на штоке и закрепленный в центре мембраны. В целях разгрузки клапана от влияния входного давления используется дополнительная разгрузочная мембрана.
- Регуляторы давления газа непрямого действия с командным прибором -регулятором управления (пилотом), например, устройства типа РДУК2, РДБК1, РДГ. Процесс регулирования определяется взаимодействием выходного давления на рабочую мембрану, силы так называемого управляющего давления, подаваемого из пилота в подмембранное пространство, грузом подвижных частей, силами трений в соединениях (http://www.exform.ru/catalog/regulator/RDP/).
Пилотные регуляторы давления газа имеют достаточно широкие интервалы входного и выходного давления и пропускной способности. Эти факторы обеспечиваются воздействием на рабочую мембрану регулятора давления газа подмембранного управляющего давления, создаваемого пилотом, вместо непосредственного воздействия настроечной пружины на мембрану.
Известен прямоточный регулятор давления газа, содержащий корпус с закрываемым отверстием и соосными выходным и входным патрубками. В корпусе на одной оси с патрубками расположены поршневой чувствительный привод с радиальным кронштейном, имеющим каналы подвода задающего и выходного давлений, и запорно-регулирующий орган, содержащий затвор и седло. Устройство снабжено концентрично расположенным к затвору коллектором, выполненным в виде цилиндра с окнами для прохода газа, имеющими изменяющееся в зависимости от хода затвора проходное сечение, определяемое требуемой расходной характеристикой. Одна часть коллектора жестко связана с приводом, а в другую с осевым и радиальным зазорами установлено подвижное седло из твердого сплава с уплотнением по опорному торцу. Поверхность седла, контактируемая с потоком газа и затвором, выполнена конусообразной, а ее профиль представляет собой часть общего плавного профиля газового канала (Патент на изобретение РФ №2125737, МПК: G05D 16/06).
Данное изобретение характеризуется повышенной надежностью запорно-регулирующего органа прямоточного регулятора давления газа, однако не обеспечивает высокую стабильность работы при резких скачках давления газа, подаваемого на вход в регулятор.
Известен регулятор давления газа прямого действия РДУВ производства ООО «Старорусприбор», в состав которого входит исполнительное устройство с ответными фланцами и задающее устройство, соединенное с исполнительным устройством медными или латунными трубками. В качестве задающего устройства установлены либо редуктор-задатчик на РДУ 100/50 и РДУ 100/80, либо редуктор перепада с усилителем на РДУ 100/100 и РДУ 63/100. Исполнительные устройства регуляторов всех типоразмеров конструктивно подобны и отличаются друг от друга типоразмерами и являются конечным звеном системы автоматического регулирования. При перемещении затвора изменяется проходное сечение исполнительного устройства, а, следовательно, и количество проходящего газа. Этим обеспечивается поддержание выходного давления на заданном значении при колебании газопотребления или входного давления. Перемещение затвора происходит за счет изменения управляющего давления, поступающего на привод исполнительного устройства от задающего устройства. Для питания задающего устройства используется газ входного давления. Исполнительное устройство состоит из корпуса с крышкой, мембранного привода, затвора, возвратной пружины, седла и кожуха. Седло размещено во внутренней полости крышки на ребрах. Для обеспечения герметичности исполнительного устройства, последнее снабжено прокладкой, прикрепленной к седлу посредством винта. Затвор выполнен в виде тонкостенной трубы и связан с мембранным приводом с помощью диска и двух шайб. В исходном положении затвор прижат к седлу возвратной пружиной (см. http://www.staroruspribor.ru/files/catalog/gallery/0/66/9.pdf Руководство по эксплуатации РДУ 00.00.00РЭ).
Известен также регулятор давления газа, содержащий исполнительное устройство, стабилизатор давления с обходной линией и пилот, имеющий многокамерную конструкцию, регулируемый дроссель и клапан. Стабилизатор выполнен со скрытой внутрь корпуса обходной линией, представляющей собой канал в перегородке корпуса стабилизатора. Пилот выполнен с каналом, в котором сцентрирован клапан пилота, а регулируемый дроссель установлен в стенке пилота, таким образом, что его ось параллельна оси пилота и он связан с камерами пилота при помощи каналов (Патент на изобретение №2319193, МПК: G05D 16/00).
Однако известные регуляторы давления газа характеризуются нестабильной работой при резких скачках давления газа, подаваемого на вход в регулятор.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является регулятор давления газа, содержащий исполнительное устройство, стабилизатор давления и пилот. Пилот включает регулируемый дроссель. Выходная линия пилота соединена с управляющей камерой исполнительного устройства и через регулируемый дроссель с трубопроводом газопотребителя, а выход исполнительного устройства связан с линией обратной связи стабилизатора давления и импульсной камерой исполнительного устройства (Патент на полезную модель РФ №25105, МПК: G05D 16/06).
Однако данный регулятор давления газа также характеризуется нестабильной работой при резких скачках давления газа, подаваемого на вход в регулятор.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание простого и надежного в эксплуатации прямоточного регулятора давления газа.
Технический результат заключается в повышении стабильности и безопасности работы регулятора давления газа.
Поставленная задача решается тем, что регулятор давления газа, содержащий исполнительное устройство, выполненное с возможностью подключения между входной и выходной линиями, и соединенное со стороны входной линии со стабилизатором давления, в свою очередь соединенным с пилотом, исполнительное устройство включает корпус с крышкой, мембранный привод, делящий полость исполнительного устройства на исполнительную и управляющую камеры, при этом выход пилота соединен через первый дроссель с управляющей камерой, а выходная линия соединена с исполнительной камерой и пилотом, согласно техническому решению, снабжен импульсной стойкой с расположенным в ней вторым дросселем, выполненным с возможностью обеспечения исключения колебаний выходного давления в процессе работы, при этом импульсная стойка закреплена на корпусе исполнительного устройства со стороны входа в исполнительную камеру, обеспечивая соединение выходной линии с исполнительной камерой и пилотом, а первый дроссель расположен в крышке исполнительного устройства, стабилизатор выполнен с возможностью регулирования выходного давления газа, а выход пилота, соединенный через первый дроссель с управляющей камерой, одновременно соединен через второй дроссель с исполнительной камерой.
Кроме того, пилот снабжен регулировочным стаканом, встроенным в корпус пилота и выполненный с возможностью перемещения для обеспечения настройки выходного давления. Мембранный элемент мембранного привода исполнительного устройства, а также мембранный элемент пилота могут быть выполнены литыми, например, из сырой резины НО-68, а корпус с крышкой исполнительного устройства изготовлен из алюминия марки от АК 5 М2 до АК 12 ОЧ. Рабочая поверхность клапана исполнительного устройства покрыта слоем вулканизированной резины. Регулировочный стакан и корпус пилота соединены посредством резьбового соединения, при этом полость регулировочного стакана выполнена сообщающейся с полостью корпуса пилота, который выполнен из алюминия.
В заявляемой полезной модели пилот применяется в качестве задатчика давления. Подача давления в пилот осуществляется через регулируемый стабилизатор, обеспечивающий постоянный перепад давления на пилоте. Наличие регулируемого стабилизатора позволяет стабилизировать давление на выходе из него в зависимости от входного давления. Соответственно, на вход пилота поступает давление заданной величины, настроенное на «нормальную» (бесперебойную) работу пилота. Наличие импульсной стойки облегчает установку регулятора на объект. Наличие второго дросселя, расположенного в импульсной стойке обеспечивает настройку регулятора давления на работу без автоколебаний.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг 1 схематично представлена заявляемая конструкция, на фиг.2 - блок, включающий исполнительное устройство с импульсной стойкой, на фиг.3 - устройство в сборе, вид сверху. Позициями на чертеже обозначены: 1 - исполнительное устройство, 2 - стабилизатор, 3 - пилот, 4 - импульсная стойка, 5, 6 - дроссели, 7 - корпус исполнительного устройства, 8 - крышка корпуса исполнительного устройства, 9 - мембранный привод, 10 - исполнительная (импульсная) камера, 11 - управляющая камера, 12 - гильза (втулка-затвор), 13 - пружина, 14 - клапан, 15 - гайка, 16 - мембранный элемент, 17 - диск, 18 - крепежные элементы, 19 - 21 каналы исполнительного устройства, 22 - уплотнительные элементы, 23 - корпус пилота, 24 - крышка пилота, 25 - мембранный элемент пилота, 26 - клапан плота, 27 - шток пилота, 28 - пружина, 29 - стакан.
Прямоточный регулятор давления газа содержит связанные трубопроводами исполнительное устройство 1, стабилизатор 2 и пилот 3. Регулятор снабжен импульсной стойкой 4, закрепленной на исполнительном устройстве 1, и двумя дросселями 5, 6. Исполнительное устройство 1 представляет собой корпус 7 с входным фланцем, снабженный крышкой 8 с выходным фланцами. Между корпусом 7 и крышкой 8 закреплен мембранный привод 9, делящий полость исполнительного устройства 1 на исполнительную (импульсную) 10 и управляющую 11 камеры, который связан с запорным органом в виде подвижной гильзы (втулки-затвора) 12. Гильза выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направляющих втулках корпуса и крышки. В исходном состоянии гильза 12 поджата пружиной 13 и взаимодействует с клапаном 14, неподвижно закрепленным в крышке 8 посредством гайки 15. При этом импульсная камера 9 образована стенками корпуса 7 и мембранным приводом, управляющая камера 10 образована мембранным приводом и крышкой 8. Мембранный привод 9 представляет собой мембранный элемент 16 с тарелкой, закрепленные на диске 17 посредством крепежных элементов 18. Мембранный элемент 16 изготовлен литьем из сырой резины НО-68. Исполнительное устройство 1 снабжено каналами 19, 20 подвода задающего и выходного давлений, выполненными в корпусе 7 и крышке 8 соответственно, а также каналом 21, выполненным во входном фланце для связи со стабилизатором. При этом канал 19 предназначен для соединения полости импульсной камеры 10 с пилотом 3, канал 20 - для соединения управляющей камеры 11 с выходной линией (выходным газопроводом). Исполнительное устройство снабжено уплотнительными элементами 22, выполненными в виде резиновых колец, предназначенными для уплотнения гильзы 12 при ее возвратно-поступательном перемещении. Рабочая поверхность клапана 14 покрыта слоем вулканизированной резины. В канал 20, расположенный в крышке со стороны управляющей камеры, встроен первый дроссель 5. Соединение полости камеры 10 с пилотом 3 и выходной линией осуществляется через импульсную стойку 4, которая закреплена на корпусе 7 и снабжена со стороны входа газа, поступающего от стабилизатора, вторым дросселем 6. Корпус исполнительного устройства может быть изготовлен из алюминия марки АК 5 М2.
Стабилизатор 2 выполнен с возможностью регулирования давления газа на выходе для обеспечения стабильной подачи газа на вход пилота 3, что исключает влияние колебаний входного давления на работу регулятора в целом. Выход пилота 3 соединен через первый дроссель 5 с управляющей камерой 11 и через второй дроссель 6 с исполнительной камерой 10. Назначением пилота является задание величины давления на выходной линии (за исполнительным устройством) и поддержание его постоянной величины. Пилот по свой конструкции аналогичен стабилизатору и состоит из корпуса 23 с крышкой 24, между которыми расположен подпружиненный мембранный элемент 25, выполненный из литой резины, сопряженный с клапаном 26 при помощи штока 27, при этом клапан 26 поджат пружиной 28. Пилот снабжен регулировочным стаканом 29, расположенным соосно с цилиндрической полостью корпуса 23. Регулировочный стакан 29 и корпус 23 пилота соединены посредством резьбового соединения, обеспечивающего перемещение стакана 29, необходимое для настройки выходного давления. Корпус 23 пилота выполнен из алюминия. Выходной газопровод (выходная линия) через канал импульсной стойки 4 соединен с надмембранной полостью пилота 3 и исполнительной камерой 10.
Регулятор давления газа работает следующим образом. При отсутствии давления на входе регулятора под воздействием пружины 13 гильза 12 поджимается к рабочему клапану 14. Регулятор закрыт, газ в выходной линии (трубопроводе газопотребителя) отсутствует. Стабилизатор и пилот предварительно настраивают на требуемое давление газа. При подаче газа во входную линию входное давление поступает в исполнительное устройство 1 и на вход стабилизатора 2. С выходного патрубка стабилизатора 2 пониженное (настроенное) давление поступает на вход пилота 3. От пилота 3 пониженное давление поступает через дроссель 5 в управляющую камеру 11, а также через дроссель 6, закрепленный на импульсной стойке 4, - в исполнительную камеру 10. Исполнительная камера 10 связана с газопроводом (выходной линией) за регулятором. В надмембранную полость пилота 3 также подается контролируемое давление газа. Благодаря непрерывному потоку газа через дроссель 5 давление перед ним, а следовательно, и в управляющей камере 11 исполнительного устройства 1 всегда выше выходного (контролируемого) давления. Разница на мембранном элементе 16 исполнительного устройства 1 создает аксиальное усилие, которое при любом устоявшемся режиме работы регулятора уравновешивается перепадом давления на клапане 14. Любое изменение входного давления или расхода газа мгновенно вызывает отклонение выходного давления от заданного и, следовательно, перемещение мембранного элемента 25 пилота 3. При этом меняется расход газа на выходе пилота и в результате - давление газа в управляющей камере 11 исполнительного устройства 1, что вызывает перемещение мембранного привода 9 с гильзой 12 в новое равновесное состояние, при котором выходное давление возвращается к заданной величине. Регулируемые дроссели служат для настройки на работу регулятора без автоколебаний.
Заявляемое техническое решение характеризуется высоким уровнем безопасной эксплуатации и продолжительным сроком эксплуатации без обслуживания (до 20 и более лет). Наличие в схеме регулируемых пилотов и стабилизаторов, а также наличие уплотнений и высокая точность изготовления позволяют увеличить стабильность работы регулятора при резких скачках давления газа, подаваемого на вход устройства. В заявленном устройстве полностью сохранены все преимущества прямоточных регуляторов: разгрузка седла клапана с увеличением его диаметра, и следовательно, увеличение пропускной способности, герметичность затвора, практическое отсутствие шума, вибрации. Стабильность поддержания выходного давления составляет 1-2%. Регулятор одинаково устойчиво работает и при снижении входного давления до 0.05 Мпа и при повышении до максимального. Полностью устойчивые параметры получены при резких изменениях величин выходного давления и расхода. Эффект "зависания" полностью отсутствует. При нулевом расходе газа прирост давления после регулятора находится в пределах поддержания стабильности выходного давления.