устройство для регулирования давления газа

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, содержащее соединительный узел с входной и выходной полостями, соединенными соответственно с входным и выходным патрубками, между которыми расположено седло отсечного и регулирующего клапанов, причем шток отсечного клапана подпружинен в сторону его седла, регулирующий узел с полостями задания и управления, между которыми расположена мембрана регулирующего узла, нагруженная пружиной задания и связанная с штоком регулирующего клапана, причем полость задания сообщена с атмосферой через сбросной штуцер, а полость управления соединена с штуцером подачи импульса выходного давления, и предохранительный узел с основной мембраной, отличающееся тем, что оно содержит дополнительную мембрану, установленную в предохранительном узле и непосредственно связанную с штоком отсечного клапана, при этом полость под основной мембраной предохранительного узла сообщена с полостью над дополнительной мембраной.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина штока отсечного клапана в 5 8 раз больше его диаметра.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что высота пружины задания в 4

5 раз больше ее диаметра.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что штуцера снабжены демпферными дросселями.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что демпферные дроссели выполнены в виде пластин из эластичного материала с радиальными разрезами.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регулирующий клапан снабжен гасящей пружиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть применено в системах газоснабжения природным или сжиженным газом промышленных и коммунальных потребителей.

Известно, что обязательным требованием по безопасности эксплуатации систем газоснабжения является установка предохранительных устройств вместе с регуляторами давления. Это требование осуществляется, в основном, установкой отдельных приборов: собственно регуляторов давления и предохранительных отсечных клапанов, которые размещаются непосредственно перед регулятором давления.

Недостатком такой раздельной установки газовых приборов является сложная регулировка для обеспечения согласованности в работе приборов, а также дополнительные затраты по врезке каждого прибора в контролируемый участок газопровода и их эксплуатационное обслуживание.

Известны также комбинированные приборы, сочетающие регулятор давления (регулирующий узел), предохранительный отсечной клапан (узел) и соединительный узел [2]

Недостатком этого технического решения является размещение седла регулирующего клапана и седла предохранительного отсечного клапана в разных каналах для потока газа, что усложняет конструкцию и не обеспечивает необходимой надежности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для регулирования давления. В указанном устройстве объединены в одну конструкцию регулятор давления газа и предохранительное устройство через соединительный узел, в котором имеется двухседельное сопло, одна сторона которого (вход) является седлом предохранительного клапана, а другая сторона (выход) седлом регулирующего клапана, соедительный узел имеет входной и выходной патрубки, предохранительную и регулирующую камеры [3]

Несмотря на то, что целью этого известного устройства являлось повышение надежности, в эксплуатационных условиях наблюдаются случаи ложного срабатывания предохранительного устройства при колебаниях расхода и входного давления в допустимых пределах, а также случаи несрабатывания устройства при отключении потребителя или аварийном росте входного давления. Это происходит за счет конструктивной сложности передачи усилия от импульса входного и выходного давления на закрытие отсечного клапана, сложной регулировки узлов устройства на согласованную работу (рычажная система со стороны предохранительного узла и рычажная система со стороны регулирующего узла).

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и упрощение конструкции устройства для регулирования давления.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования давления газа, содержащее соединительный узел с входной и выходной полостями, соединенными соответственно с входным и выходным патрубками, между которыми расположено седло отсечного и регулирующего клапанов, причем шток отсечного клапана подпружинен в сторону его седла, регулирующий узел с полостями задания и управления, между которыми расположена мембрана регулирующего узла, нагруженная пружиной задания и связанная со штоком регулирующего клапана, причем полость задания сообщена с атмосферой через сбросной штуцер, а полость управления соединена с штуцером подачи импульса выходного давления, и предохранительный узел с мембраной этого узла содержит дополнительную мембрану, установленную в предохранительном узле и непосредственно связанную со штоком отсечного клапана, при этом полость под мембраной предохранительного узла сообщена с полостью над предохранительной мембраной.

Кроме того, длина штока отсечного клапана в 5-8 раз больше его диаметра.

Еще одним отличием является то, что высота пружины задания в 4-5 раз больше ее диаметра.

Дополнительным отличием является то, что штуцера снабжены демпферными дросселями, причем демпферные дроссели выполнены в виде пластин из эластичного материала с радиальными разрезами.

Кроме того, регулирующий клапан снабжен гасящей пружиной.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого устройства.

Устройство для регулирования давления содержит регулирующий узел 1, предохранительный узел 2 и соединительный узел 3. Соединительный узел 3 содержит входную 6 и выходную 7 полости, соединенные соответственно с входным 4 и выходным 5 патрубками. Между ними расположено двухседельное сопло. Отсечной клапан 9 через подпружиненный в сторону седла 10 шток 11 связан непосредственно с дополнительной мембраной 12 предохранительного узла 2. В хвостовой части штока 11 имеются два взаимно перпендикулярных отверстия 13 и 14. Полость 15 над дополнительной мембраной 12 сообщена через отверстия 16 с полостью 17 под мембраной 18, которая нагружена пружиной 19. Полость подмембранная 17 предохранительного узла сообщается с атмосферой через дренажный штуцер 20, который снабжен управляемой заглушкой с отверстиями 21. С другой стороны полости 17 имеется штуцер 22 с обратным клапаном 23 для подвода импульса выходного давления.

В выходной полости соединительного узла 3 размещен регулирующий клапан 24, взаимодействующий с седлом 25, являющимся выходом двухседельного сопла 8. Регулирующий клапан 24 насажен на шток 26, связанный через рычажную систему 27 с регулирующей мембраной 28 регулирующего узла 1. Полость 29 управления снабжена штуцером 30 подачи импульса выходного давления. Полость задания 31 сообщается с атмосферой через сбросной штуцер 32. Штуцер подачи импульса выходного давления 30 и сбросной штуцер 32 снабжены демпферными дросселями 33. Регулирующая мембрана 28 нагружена пружиной задания 34, которая настраивается винтом 36. Регулирующий клапан 24 снабжен гасящей пружиной 35. Пружина 37 на штоке 11 подпружинивает клапан отсечной 9 в сторону седла 10. В полости 15 напротив хвостовика штока 11 находится подушка 38. Полость управления 29 сообщается с полостью задания 31 через сбросной клапан 39.

В одном из вариантов демпферные дроссели выполнены в виде пластин из эластичного материала с радиальными разрезами.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент отсечной клапан 9 закрыт. Газ поступает через входной патрубок 4 во входную полость 6 соединительного узла 3 и через отверстия 13 и 14 в хвостовой части штока 11 попадает в полость 15 предохранительного узла 2 и в сообщающуюся с ней через отверстия 16 подмембранную полость 17. При кратковременном открытии заглушки 21 штуцера дренажного 20 и быстром закрытии ее некоторая часть газа через отверстия в заглушке стравливается в атмосферу и давление в полостях 15 и 17 падает по сравнению с давлением газа во входной полости 6. За счет возникшего перепада давления клапан 9 открывается и газ поступает через двухседельное сопло 8 к регулирующему клапану 24 в выходной полости 7 и затем редуцированный поток газа через выходной патрубок 5 соединительного узла 3 направляется к потребителю.

Шток 11 отсечного клапана 9 перемещается и упирается своей хвостовой частью в подушку 38, отверстие 14 перекрывается и газ входной поток не поступает в полости 15 и 17.

В нормальном режиме работы отсечной клапан 9 находится в открытом положении и вся система находится в динамическом равновесии. Поток газа, проходя через двухседельное сопло 8 редуцируется в зазоре между регулирующим клапаном 24 и седлом 25 и с пониженным давлением поступает через выходной патрубок 5 в газопровод потребителя. Импульс выходного давления, отбираемый в одной контролируемой точке из газопровода потребителя, попадает через импульсные трубки в полости 15 и 17 предохранительного узла 2 через штуцер 22 с обратным клапаном 23 и в полость 29 управления регулирующего узла 1 через штуцер 30.

При изменении входного давления газа и выходного давления газа в установленных пределах, определяемых усилием пружины 34 задания регулирующей мембраны 28, а также усилием пружины 19 мембраны 18 предохранительного узла 2 и пружины 37 штока 11, отсечной клапан 9 остается открытым, в то время как равновесие сил на регулирующей мембране 28 нарушается. Она приходит в движение и изменяет положение регулирующего клапана 24 через рычажную систему 27, что приводит к изменению зазора между клапаном 24 и его седлом 25. При этом восстанавливается заданный уровень выходного давления. Вся система приходит в новое состояние динамического равновесия.

При повышении входного давления газа выше допустимого, увеличивается давление в полости подмембранной 17, мембрана 18 с подушкой 38 сдвигается, преодолевая усилие своей нагрузочной пружины 19, и отверстие 14 в хвостовой части штока 11 открывается. Одновременно увеличивается давление в полости 15, соединенной с полостью 17 через отверстия 16. Это приводит к перемещению дополнительной мембраны 12 и закрепленной на ней хвостовой части штока 11 и еще большему открытию отверстия 14. Через отверстия 14 и 13 излишек газа поступает за мембрану 12, давление по обе стороны от нее выравнивается и под действием пружины 37 штока 11 клапан отсечной 9 перекрывает седло 10. Расход газа через устройство прекращается. После устранения неисправностей предохранительный узел 2 может быть установлен в рабочее положение отсечной клапан открыт только вручную, как показано выше при описании начального момента.

Одновременно с воздействием повышенного выходного давления на предохранительный узел 2, аналогичный импульс выходного давления поступает в полость управления 29 регулирующего узла 1. Тогда мембрана 28 перемещается вверх, преодолевая усилие пружины 34 задания. Это перемещение мембраны 28, передаваемое через рычажную систему 27 в сторону седла 25 и последнее перекрывается, открывается сбросной клапан 39 и излишек газа из полости 29 управления сбрасывается в атмосферу через сбросной штуцер 32 и узел регулирующий 1 приходит в исходное положение.

В случае понижения входного давления ниже установленного значения, за счет усилия пружины 37 клапан 9 перекрывает седло 10 и газ на регулирующий узел 1 и к потребителю не поступает. После устранения причины аварийной ситуации, предохранительный узел 2 устанавливается в рабочее положение вручную, как описано выше.

Благодаря геометрическим соотношениям отсечного клапана 9, седла 10 и штока 11 обеспечивается надежное перекрытие потока газа. Размещение исполнительной части предохранительного механизма мембраны 12 и непосредственно связанного с ней штока 11 и клапана 9 в соединительном узле 3 обеспечивает более быструю реакцию устройства на изменение давления газа. Новые геометрические размеры пружины задания 34 регулирующей мембраны 28 позволяют расширить диапазон регулирования. Наличие демпферного дросселя 33, расположенного на выходе сбросного штуцера 32 регулирующего узла 1, выполненного в виде пластины из эластичного материала с центрально-радиальными разрезами, позволяет устранить акустические шумы, возникающие при работе регулирующего узла 1 и связанные с выпуском воздуха из полости над мембраной 28 в атмосферу. Геометрические соотношения элементов устройства определены экспериментально на стенде и уточнены по результатам эксплуатационной проверки. Изменение заявляемых относительных размеров в сторону увеличения или уменьшения не позволит обеспечить надежного срабатывания устройства, а с другой стороны приведет к неоправданному усложнению и утяжелению конструкции. Особенности конструктивного выполнения позволяют использовать предохранительный узел 2 в совокупности с соединительным узлом 3 как самостоятельное устройство, причем в положении наиболее удобном для пользователя, т.е. как вертикально, так и горизонтально. Например, угол скоса входного седла 10 выполнен в пределах 50-65^о к оси двухседельного сопла 8 и сопрягается с поверхностью отсечного клапана 9, обеспечивая его плотное прилегание к седлу и герметичность отсечки газа.

Длина штока 11 отсечного клапана 9 80 мм, его диаметр 12 мм, что также обеспечивает герметичность перекрытия отверстия 14 подушкой 38 мембраны 18 и стабильность удержания отсечного клапана 9 в открытом состоянии. Высота пружины 34 управления регулирующего узла 1 в свободном ненагруженном состоянии 280 мм, диаметр 60 мм, шаг 16-26 мм, благодаря таким размерам расширен диапазон регулирования выходного давления с 90-200 до 75-245 мм вод.ст.

Демпферы выполнены из мембранного полотна толщиной 1 мм, диаметром 24 мм с двумя взаимно перпендикулярными центрально-радиальными разрезами длиной 16-18 мм. На штоке регулирующего клапана 24 установлена гасящая пружина 35 мм диаметром 10 мм, длиной в свободном состоянии 8 мм, что обеспечивает плавную работу рычажной системы 27 регулирующего узла 2.