Регулятор давления

 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, а именно к регуляторам для поддержания заданного давления транспортируемого природного газа. Технический результат - увеличение точности регулирования и исключение возникновения автоколебательных процессов. Регулятор давления содержит исполнительный механизм с корпусом и подвижным дросселирующим устройством и управляющий механизм, включающий в себя уравновешенную пружиной мембрану, клапан с нажимной втулкой и седлом и размещенный на оси двуплечий рычаг, одно плечо которого связано с мембраной, а другое - с нажимной втулкой. Новым в регуляторе является то, что двуплечий рычаг выполнен Г-образным, ось рычага установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, параллельном оси нажимной втулки, и связана с подвижным дросселирующим устройством. Ось рычага связана с подвижным дросселирующим устройством посредством соединенного с последним копира с наклонной плоской или криволинейной рабочей поверхностью и подпружиненного опирающегося на рабочую поверхность штока. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, а именно к регуляторам для поддержания заданного давления транспортируемого природного газа, и может быть использовано в газовой промышленности на компрессорных и газораспределительных станциях.

Известны регуляторы давления, включающие исполнительный и управляющий механизмы [1]. Исполнительный механизм содержит корпус, разделенный с помощью рабочей мембраны на две камеры, одна из которых находится под исполнительным давлением, а вторая - под давлением выходящего из регулятора после процесса дросселирования транспортируемого природного газа, и подвижное дросселирующее устройство, выполненное в виде подвижной втулки-затвора, непосредственно соединенной с рабочей мембраной. Управляющий механизм содержит уравновешенную пружиной мембрану и клапан с нажимной втулкой и седлом.

Недостатком данного регулятора является отсутствие точности в поддержании заданного давления газа на выходе и особенно в области малых расходов и возникновение автоколебаний в работе исполнительного механизма, приводящих к разбалансу потребления и расхода газа через регулятор, что в свою очередь требует вмешательства обслуживающего персонала.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является регулятор давления фирмы "SCHLUMBERGER ROMBACH" [2]. Данный регулятор также состоит из исполнительного и управляющего механизма. Исполнительный механизм включает корпус, рабочую мембрану и подвижное дросселирующее устройство, выполненное в виде связанного с рабочей мембраной штока и соединенного с ним нажимного элемента дросселирующего клапана. Управляющий механизм имеет двуплечий рычаг, одно плечо которого механически связано с уравновешенной пружиной мембраной, а второе - с нажимной втулкой клапана. При более точном поддержании в области номинальных расходов газа заданного давления на выходе из регулятора основной недостаток последнего состоит в том, что зоне малых расходов газа точность поддержания давления недостаточна. Кроме того, в этой же области происходит возникновение автоколебаний, приводящих, как указывалось выше, к разбалансу потребления и расхода газа через регулятор.

Целью настоящего изобретения является увеличение точности регулирования и исключение возникновения автоколебательных процессов.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе давления, включающем исполнительный механизм с корпусом и подвижным дросселирующим устройством и управляющий механизм, содержащий уравновешенную пружиной мембрану, клапан с нажимной втулкой и седлом и размещенный на оси двуплечий рычаг, одно плечо которого связано с мембраной, а другое - с нажимной втулкой, двуплечий рычаг выполнен Г-образным, ось рычага установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения в направлении, параллельном оси нажимной втулки, и связана с подвижным дросселирующим устройством. Ось рычага связана с подвижным дросселирующим устройством посредством соединенного с последним копира с наклонной плоской или криволинейной рабочей поверхностью и подпружиненного, опирающегося на рабочую поверхность штока.

По своей сути предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что при регулировании давления газа на выходе из регулятора при его переменных значениях на входе и при переменных же расходах газа используется как прямая, так и обратная связь между регулируемой величиной и регулирующими параметрами. Реализация обратной связи обусловлена тем, что отличительные признаки изобретения позволяют при воздействии, определяющем, например, закрытие дросселирующего устройства, произвести обратное воздействие, имеющее следствием открытие дросселя. Сочетание прямого и обратного воздействия, выбранного расчетно или экспериментально и реализуемого посредством признаков изобретения, отличающих его от известных решений, приводит к выполнению поставленной цели, т.е. обеспечивает более точную работу регулятора и исключает возникновение автоколебательных процессов.

Сравнение настоящего изобретения с прототипом определяет имеющиеся отличия, состоящие в выполнении рычага Г-образным, в установке оси рычага с возможностью возвратно-поступательного перемещения и в наличии механической связи оси с подвижным дросселирующим устройством, а следовательно, дает возможность утверждать соответствие предлагаемого изобретения условию патентоспособности "новизна".

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом, аналогами и техническими решениями в смежных областях определяет неочевидность решения для специалистов, а, следовательно, соответствие настоящего изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Приводимые ниже сведения, касающиеся конструкции и работы регулятора и показывающие его безусловную техническую выполнимость механическими службами и производствами, а также значительная потребность газовой промышленности в регуляторах подобного класса определяет соответствие настоящего изобретения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение регулятора давления.

Регулятор давления содержит исполнительный механизм, включающий в себя корпус 1 и подвижное дросселирующее устройство, состоящее из втулки-затвора 2 с дискообразным кольцом 3, пружины 4 и соединенной с дискообразным кольцом 3 и корпусом 1 эластичной мембраны 5.Посредством мембраны 5 корпус 1 исполнительного механизма разделен на две камеры 6 и 7. С подвижным дросселирующим устройством, а именно в данном случае с дискообразным кольцом 3, соединен копир 8. Управляющий механизм регулятора давления включает корпус 9 управляющего механизма, в котором размещена пружина 10 и уравновешенная пружиной 10 мембрана управляющего механизма 11 с жестким основанием 12.В корпусе размещена перегородка 13, разделяющая корпус 9 управляющего механизма на три камеры 14, 15 и 16.Перегородка снабжена дросселирующим отверстием 17 и отверстием с игольчатой подвижной втулкой 18.Пружина 10 имеет нажимной диск 19 и регулировочный винт 20.Корпус 9 управляющего механизма имеет стакан 21, размещенный в отверстии корпуса 1 исполнительного механизма. Таким образом корпус 9 управляющего механизма размещен непосредственно на корпусе 1.В стакане 21 установлен подпружиненный шток 22, снабженный осью 23 рычага 24.Рычаг 24 выполнен двухплечим с взаимоперпендикулярным размещением плеч. В приливе 25 корпуса 1 размещена нажимная втулка 26 клапана, седло 27 которого выполнено в корпусе 1.Нажимная втулка 26 оперта на одно из плеч рычага 24. Между вторым плечом рычага 24 и игольчатой подвижной втулкой 18 размещен остроконечный толкатель 28. Между этим же плечом и приливом 25 установлена пружина 29. Шток 22 оперт на копир 8 с помощью ролика 30. Камера 14 имеет отверстие 31 для связи с атмосферой. Камеры 15 и 6 соединены отверстием 32. Камеры 16 и 7 соединены через стакан 21 с помощью отверстий 33 и 34.Отверстие 35 в корпусе 1 и отверстие 36 с седлом 27 соединены трубопроводом. Также трубопроводом соединено отверстие 37 в зоне камеры 15 с отводящим газ после регулятора газовым трактом.

Регулятор работает следующим образом.

Газ, поступающий из магистрали под высоким давлением, проходит через регулятор давления, снижая последнее до заданной величины при дросселировании, осуществляемом преодолением сопротивления отверстия между дросселирующей кромкой втулки затвора 2, размещенной в корпусе 1 и торцевой стенкой корпуса. При превышении давления газа на выходе из регулятора против номинала повышается величина исполнительного давления в камере 15, поскольку последняя через отверстие 37 связана с газовым трактом после регулятора. При повышении давления в камере 15 мембрана управляющего механизма 11 с жестким основанием 12 воздействует на пружину 10, уравновешивающую мембрану при номинальном давлении, благодаря соответствующей установке регулировочного винта 20 с нажимным диском 19. Одновременно с повышением давления в камере 15 давление увеличивается в камере 6, т.к. последняя связана с камерой 15 отверстием 32. Поскольку за исходный момент работы регулятора принимаем момент с номинальным давлением в отводящем газовом тракте, давление в камере 7 оказывается более низким, чем в камере 6. Повышение давления в камере 6 приводит к движению вперед (в плоскости чертежа) втулки-затвора 2, что обеспечивается также позволяющей перемещение эластичной мембраной 5.Равномерному движению вперед втулки-затвора 2 содействует поворот двуплечего Г-образного рычага 24 на оси 23 влево, что обеспечивается перемещением мембраны 11 с жестким основанием 12, приводящим к соответствующему перемещению влево игольчатой подвижной втулки 18, размещенной в перегородке 13 под действием остроконечного толкателя 28, отжимаемого вертикальным плечом рычага 24, что в свою очередь происходит под действием пружины 29, размещенной между вертикальным плечом рычага 24 и приливом 25 корпуса 9.При повороте второе горизонтальное плечо рычага 24 толкает вверх опертую на него нажимную втулку 26, размещенную в приливе 25.При этом нажимной втулкой 26 прикрывается отверстие 36 с седлом 27, пропускающее газ с исходными параметрами из подводящей магистрали. Т.к. этим тем не менее не обеспечивается достаточная точность регулирования и не предотвращается возможность автоколебательных процессов в предлагаемом регуляторе одновременно, происходит следующее. Движение вперед втулки затвора 2 обеспечивает движение вперед как дискообразного кольца 3, так и соединенного с ним копира 8.В описываемом варианте, который, как следует подчеркнуть, является одним из возможных, копир выполнен с наклонной плоской рабочей поверхностью, на которую оперт подпружиненный шток 22 через ролик 30. Перемещение копира 8 приводит к перемещению вниз штока 22, размещенного в стакане 21, а следовательно, рычага 24 и его горизонтального плеча. При этом нажимная втулка 26 перемещается вниз, приоткрывая отверстие 36 с седлом 27.Таким образом обеспечиваются противоположные тенденции перемещения нажимной втулки 26 с реализацией воздействия как прямой, так и обратной связи между управляющим /исполнительным/ и регулируемым давлениями, что и обеспечивает выполнение поставленных целей. Перемещение движущихся элементов регулятора происходит естественно до выравнивания давлений и приведения их к номинальному значению в полостях 6, 7, 15, 16 и в отводящем газовом тракте, связанных между собой отверстиями 17, 32, 33, 34 и 37. Как и в регуляторах известных типов, исполнительное давление формируется дросселированием газа с исходными параметрами, что в приводимом примере обеспечивается связью отверстия 35 с отверстием 36 с седлом 27.Регулирование натяжения пружины 10 проводят при связи полости 14 с атмосферой через отверстие 31.Перемещение втулки-затвора 2 смягчено также воздействием пружины 4.

Рассмотрение работы регулятора при снижении давления газа на выходе может быть рассмотрено аналогичным образом.

Следует отменить, что более четкая работа регулятора может быть осуществлена при использовании криволинейной рабочей поверхности копира, вид которой определяется в конкретном случае конструктивного решения регулятора.

Источники информации: 1. SU 1314315 A1, G 05 D 16/06, 30.05.1987.

2. Каталог фирмы "SCHLUMBERGER ROMBACH". "Schlumberger Rombach Gasbuch", стр. П-67, П-68, тип RS-100, 1996.

Формула изобретения

1. Регулятор давления, включающий исполнительный механизм с корпусом и подвижным дросселирующим устройством и управляющий механизм, содержащий корпус, сообщающийся с исполнительным механизмом и газопроводом, разделенный перегородкой на камеры, в одной из которых расположен клапан с нажимной втулкой и седлом и размещенный на оси двуплечий рычаг, одно плечо которого связано с установленной в другой камере мембраной, уравновешенной пружиной, а второе плечо - с нажимной втулкой, отличающийся тем, что двуплечий рычаг выполнен Г-образным, ось рычага установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения и связана с подвижным дросселирующим устройством.

2. Регулятор давления по п.1, отличающийся тем, что направление возвратно-поступательного движения оси рычага параллельно оси нажимной втулки.

3. Регулятор давления по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что ось рычага связана с подвижным дросселирующим устройством посредством подпружиненного штока, опирающегося на наклонную плоскую или криволинейную рабочую поверхность копира, установленного на подвижном дросселирующем устройстве.

РИСУНКИ

Рисунок 1