регулятор давления

Формула изобретения

1. Регулятор давления, содержащий корпус, на боковых противоположных сторонах которого выполнены входной и выходной фланцы, крышку, которая укреплена в нижней части корпуса, пробку, которая установлена в центральном сквозном отверстии крышки, стойку, закрепленную на верхней части корпуса, мембранный узел, состоящий из верхней и нижней крышек, соединенных вместе, мембраны, укрепленной между крышками, и двух защитных тарелок, установленных одна на мембрану, а вторая - под мембрану, указатель, укрепленный на мембранном узле, вертикальные оси стойки, мембранного узла и указателя расположены по вертикальной оси корпуса, линию подачи газа от задатчика, подключенную к первому входу мембранного узла, линию подачи газа из выходного газопровода, подключенную ко второму входу мембранного узла, в корпусе выполнены входной канал, один конец которого открыт наружу через входной фланец, входная камера, которая сообщена со вторым концом входного канала, выходная камера, выходной канал, один конец которого сообщен с выходной камерой, а второй конец открыт наружу через выходной фланец, отверстие, соединяющее входную и выходную камеры, оси входной и выходной камер и отверстия расположены по вертикальной оси корпуса, седло, установленное в отверстии, в стойке выполнены первая и вторая цилиндрические полости, при этом первая цилиндрическая полость выполнена по оси корпуса, а вторая охватывает первую цилиндрическую полость, масло, залитое в первую и вторую цилиндрические полости, шток, размещенный по вертикальной оси корпуса в стойке, в корпусе и в мембранном узле, в котором на нем закреплены защитные тарелки и мембрана с помощью первой гайки, плунжер, укрепленный на штоке с помощью второй гайки под седлом, поршень, закрепленный на штоке с помощью третьей гайки в верхней части первой цилиндрической полости, уравновешивающую пружину, установленную в нижней части выходной камеры под плунжером, соединительный канал, отличающийся тем, что в него введены регулируемый дроссель, стопор с самоустанавливающейся опорой, стопорное защитное устройство и самосмазывающийся уплотняющийся узел, стопор с самоустанавливающейся опорой укреплен на пробке крышки, первая цилиндрическая полость выполнена открытой в подмембранное пространство мембранного узла, а поршень отделяет пространство первой цилиндрической полости, находящееся под поршнем, от подмембранного пространства мембранного узла и размещен в верхней части первой цилиндрической полости таким образом, что в крайнем верхнем положении плунжера верхняя поверхность третьей гайки совпадает с поверхностью дна подмембранного пространства, регулируемый дроссель соединяет первую и вторую цилиндрические полости, соединительный канал соединяет входную камеру и вторую цилиндрическую полость, шток укреплен в стойке с помощью стопорного защитного устройства и самосмазывающегося уплотняющегося узла и опирается на самоустанавливающуюся опору, при этом входная камера находится над отверстием, а выходная камера находится под отверстием, соединяющим входную и выходную камеры, вторая гайка выполнена параболической формы с диаметром нижней части D_п=d_с-1мм, где d_с – внутренний диаметр седла, а высота гайки h₀ равна величине полного хода плунжера.

2. Регулятор давления по п.1, отличающийся тем, что нижняя крышка мембранного узла выполнена как верхняя часть стойки.

3. Регулятор давления по п.1, отличающийся тем, что диаметр поршня в первой цилиндрической полости выбран равным d_n=d_c+(1-2 мм).

4. Регулятор давления по п.1, отличающийся тем, что на самоустанавливающейся опоре выполнена шаровидная поверхность.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в линиях редуцирования всех типоразмеров газораспределительных станций и в блоках подготовки топливного газа компрессорных станций.

Известен регулятор давления (Ас. СССР №1667022, кл. G 05 D 16/06, БИ №28, 1991), содержащий основание, на боковых противоположных сторонах которого выполнены входной и выходной фланцы соответственно, мембранный узел с закрепленной в нем мембраной, установленный на основание, в основании выполнены входной канал, узел дросселирования, который сообщен с входным каналом, и выходной канал, который также сообщен с узлом дросселирования, вторые концы входного и выходного каналов открыты наружу соответственно через входной и выходной фланцы, шток, который размещен в узле дросселирования основания по его вертикальной оси и в мембранном узле, в котором он соединен с мембраной, плунжер, который укреплен в узле дросселирования на штоке с помощью гайки и пружины, выходной канал через отверстие в выходном фланце подключен ко второму входу мембранного узла.

Данный регулятор давления, так же как и заявляемый, содержит корпус (основание), на боковых противоположных сторонах которого выполнены входной и выходной фланцы соответственно, в основании выполнены входной канал, узел дросселирования - шток, на котором укреплен плунжер, и седло, узел дросселирования сообщен со входным каналом, выходной канал, также сообщенный с узлом дросселирования, входной и выходной каналы каждый открыт одним концом наружу соответственно через входной или выходной фланцы, мембранный узел с закрепленной в нем мембраной, установленный на основание, шток размещен в основании по его вертикальной оси и в мембранном узле, в котором он соединен с мембраной. Однако выполнение мембранного узла и отсутствие первой и второй цилиндрических полостей, соединенных между собой, и поршня резко снижают качество регулирования, так как при изменениях режима работы регулятора - изменениях входного или выходного давления, особенно при кратковременных их изменениях (2...10 мин) - “бросках” возможна резкая перестановка - “скачок” штока с плунжером из одного положения в другое, при котором они проходят точку, в которой выходное давление должно достигнуть заданного значения, поэтому далее, через соответствующее время шток с плунжером возвращаются назад также “скачком”, то есть в этом случае возможно возникновение затухающего автоколебательного процесса установления заданного значения выходного давления. Кроме того, при повышении входного или выходного давления шток с плунжером поднимаются, при этом поднимается и выгибается вверх мембрана и давление в надмембранном пространстве мембранного узла, являющееся давлением, задающим значение выходного давления, возрастает и поэтому возрастает и величина поддерживаемого регулятором выходного давления, то есть увеличивается ошибка регулирования, что особенно проявляется при небольших расходах газа (при расходах газа, равных или меньших половине номинального значения расхода для данного регулятора давления).

Известен регулятор давления типа РД-50-64 (РД-80-64, РД-100-64 - И.А.Шур. Газорегуляторные пункты и установки. Л.: Недра, 1985, с. 79, рис.2.25; Справочник работника магистрального газопровода. Л.: Недра, 1974, с. 289, рис.10.12), содержащий основание, на боковых противоположных сторонах которого выполнены входной и выходной фланцы соответственно, крышку с болтом, установленным на резьбе в центральном сквозном отверстии крышки, два соединительных болта, стойку, укрепленную с помощью соединительных болтов на верхней часта основания, на нижней части которого установлена крышка, мембранный узел с закрепленной в нем мембраной, установленный на стойке, указатель, укрепленный на мембранном узле, стойка, мембранный узел и указатель расположены по вертикальной оси основания, на второй вход мембранного узла подключена линия подачи газа из выходного газопровода, в основании выполнены входной канал, узел дросселирования и выходной канал, узел дросселирования сообщен с входным и выходным каналами, каждый из которых с противоположной стороны открыт наружу соответственно через входной и выходной фланец, в стойке расположена направляющая втулка, в которой по вертикальной оси основания установлен с уплотнением шток, в нижней части которого укреплен плунжер, шток размещен в узле дросселирования, в мембранном узле, в котором он связан с мембраной, и в указателе.

Данный регулятор давления, так же как и заявляемый, содержит корпус (основание), на боковых противоположных сторонах которого выполнены входной и выходной фланцы соответственно, крышку с болтом, установленным на резьбе в центральном сквозном отверстии крышки, мембранный узел с закрепленной в нем мембраной, указатель, установленный на мембранный узел, мембранный узел и указатель расположены по вертикальной оси основания, на нижней части которого укреплена крышка, на второй вход мембранного узла подключена линия подачи газа из выходного газопровода, в основании выполнены входной канал, узел дросселирования и выходной канал, узел дросселирования сообщен с входным и выходным каналами, каждый из которых с противоположной стороны открыт наружу соответственно через входной и выходной фланец, в основании, мембранном узле и указателе по вертикальной оси основания установлен с уплотнением шток, в нижней части которого укреплен плунжер, размещенный в узле дросселирования, шток в мембранном узле соединен с мембраной. Однако конструктивное выполнение регулятора - выполнение мембранного узла без выхода, отсутствие первой и второй цилиндрических полостей, соединенных между собой, и поршня резко снижают качество регулирования выходного давления, так как при изменениях режима работы регулятора из-за изменения входного или выходного давления, особенно при кратковременных их изменениях (2...10 мин) - “бросках”, возможно возникновение затухающего автоколебательного процесса установления заданного значения выходного давления.

Наиболее близким по технической сущности является регулятор давления (Патент Украины №25137, кл. G 05 D 16/06, опуб. 30.10.98), содержащий основание, на боковых противоположных сторонах которого выполнены входной и выходной фланцы, крышку с болтом, имеющим внутреннюю полость и установленным на резьбе в центральном сквозном отверстии крышки, которая укреплена на нижней части основания, компенсационный узел, укрепленный на верхней части основания, мембранный узел с закрепленной в нем мембраной, установленный на компенсационный узел, указатель, укрепленный на мембранном узле, вертикальные оси мембранного узла и указателя расположены по вертикальной оси основания, задающий узел, первый выход которого первой соединительной линией связан с первым входом мембранного узла, линию подачи газа из входного газопровода, которая подключена к входу задающего узла, линию подачи газа из выходного газопровода, подключенную ко второму входу мембранного узла, вторую соединительную линию, линию подачи газа в выходной газопровод, которая подключена ко второму выходу задающего узла, два соединительных болта, которые соединяют мембранный узел и основание, в котором выполнены входной канал, узел дросселирования, сообщенный с входным каналом, второй конец которого открыт наружу через входной фланец, выходной канал, один конец которого сообщен с узлом дросселирования, а другой открыт наружу через выходной фланец, во входном фланце выполнено отверстие, к которому подключена вторая соединительная линия, второй конец которой подключен к входу компенсационного узла, в основании, компенсационном и мембранном узлах и в указателе по вертикальной оси основания размещен шток, верхний конец которого размещен в указателе, а нижний - во внутренней полости болта крышки, в узле дросселирования на штоке укреплен плунжер, а в мембранном узле шток связан с мембраной, при этом компенсационный узел состоит из первого и второго цилиндров, которые расположены в одном корпусе на одном уровне, вертикальная ось первого цилиндра совпадает с вертикальной осью основания, поршня, который расположен в первом цилиндре и укреплен с уплотнением на штоке с помощью первой гайки, второй гайки, которая на резьбе установлена в нижней части первого цилиндра и является его дном, в верхней части первого цилиндра выполнено первое отверстие, которое соединяет его внутреннюю полость с входом компенсационного узла, внутренние полости первого и второго цилиндров соединены вторым отверстием на уровне дна, внутренняя полость второго цилиндра в верхней части соединена с подмембранным пространством мембранного узла третьим отверстием, внутренняя полость первого цилиндра, находящаяся под поршнем, и соответствующая ей часть внутренней полости второго цилиндра заполнены маслом.

Данный регулятор давления, так же как и заявляемый, содержит корпус (основание) с входным и выходным фланцами, крышку с пробкой (болтом), которая укреплена на нижней части корпуса, стойку, установленную на верхнюю часть корпуса, мембранный узел с закрепленной в нем мембраной, указатель, укрепленный на мембранном узле, выполненные в корпусе входной канал, входную камеру, выходную камеру, отверстие, соединяющее входную и выходную камеры, седло, установленное в отверстии, и выходной канал, выполненные в стойке первую и вторая цилиндрические полости (компенсационный узел), шток, размещенный в мембранном узле, стойке и корпусе по вертикальной оси корпуса, поршень, установленный на штоке в первой цилиндрической полости, плунжер с гайкой, укрепленный на штоке под седлом, уравновешивающую пружину, установленную под плунжером. Однако отсутствие регулируемого дросселя, соединяющего первую и вторую цилиндрические полости, стопора с самоустанавливающейся опорой, укрепленного на пробке крышки, стопорного защитного устройства и самосмазывающегося уплотняющегося узла, с помощью которых шток укреплен в стойке и при этом опирается на самоустанавливающуюся опору, соединительного канала, соединяющего входную камеру и вторую цилиндрическую полость, выполнение первой цилиндрической полости открытой в подмембранное пространство мембранного узла, отделение пространства первой цилиндрической полости от подмембранного пространства мембранного узла с помощью поршня и соответствующее размещение поршня в верхней части первой цилиндрической полости, а также размещение входной камеры над отверстием, а выходной камеры под отверстием, соединяющим входную и выходную камеры, и выполнение гайки плунжера параболической существенно снижает надежность работы регулятора и точность поддержания установленного выходного давления во всем диапазоне расхода газа, предусмотренном для регулятора давления. Так, имеющееся в прототипе калиброванное отверстие, соединяющее первую и вторую цилиндрические полости вместо регулируемого дросселя, при изменении входного давления газа в широком диапазоне значений, с одной стороны, не обеспечивает уменьшения времени установки штока с плунжером в новое рабочее положение из-за большого времени перехода штока с плунжером в новое рабочее положение при резких изменениях входного давления в нижней зоне диапазона значений входного давления, а с другой стороны, не предотвращает возникновение автоколебательного процесса при переходе в новое рабочее положение штока с плунжером из-за относительно высокой скорости перетока масла из одной цилиндрической полости в другую при резких изменениях входного давления в верхней зоне диапазона значений входного давления газа, отсутствие стопора с самоустанавливающейся опорой, укрепленного на пробке крышки, стопорного защитного устройства и самосмазывающегося уплотняющегося узла, с помощью которых шток укреплен в стойке и при этом опирается на самоустанавливающуюся опору, ведет к возможности перекоса штока, вследствие чего увеличиваются потери на трение, что снижает устойчивость работы регулятора давления, подача входного газа в первую цилиндрическую полость с помощью внешней соединительной линии увеличивает количество возможных точек утечки газа (места подключения внешней соединительной линии) и требует уплотнения штока при проходе его через нижнюю крышку мембранного узла с высокой точностью изготовления и посадки, что ведет к снижению надежности работы регулятора давления, размещение выходной камеры над отверстием, а входной камеры под отверстием, соединяющим входную и выходную камеры, ведет к тому, что при высоких перепадах давления на регуляторе (более 70-80% от входного давления) и больших расходах газа (более 50% от максимального) давление выходного газа, поступающего в подмембранное пространство из выходного трубопровода (из точки, находящейся на расстоянии 2,5-3 м от выходного запорного устройства (на чертеже не показано), устанавливаемого после регулятора давления), нарастает медленнее, чем давление в выходной камере, и в результате этого начинает повышаться выходное давление, то есть регулятор работает ненадежно в этом случае, так как не может поддерживать заданное выходное давление, выполнение гайки плунжера в форме усеченной трапеции в области малых расходов ведет к неустойчивости процесса регулирования, так как при изменениях входного или выходного давлений и вызванном этим увеличении или уменьшении дросселирующего отверстия в выходную камеру газ поступает или с большей скоростью, чем это необходимо для поддержания заданного значения выходного давления (при увеличении дросселирующего отверстия) или с меньшей скоростью, чем необходимо для поддержания заданного значения выходного давления (при уменьшении дросселирующего отверстия), и вследствие этого возникает затухающий автоколебательный процесс установления заданного выходного давления.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования регулятора давления газа путем повышения надежности работы регулятора и точности поддержания установленного выходного давления во всем диапазоне расхода газа, предусмотренном для регулятора давления.

Поставленная задача решается тем, что в известный регулятор давления, содержащий корпус, на боковых противоположных сторонах которого выполнены входной и выходной фланцы, крышку, которая укреплена в нижней части корпуса, пробку, которая установлена в центральном сквозном отверстии крышки, стойку, закрепленную на верхней части корпуса, мембранный узел, состоящий из верхней и нижней крышек, соединенных вместе, мембраны, укрепленной между крышек, и двух защитных тарелок, установленных одна на мембрану, а другая под мембрану, указатель, укрепленный на мембранном узле, вертикальные оси стойки, мембранного узла и указателя расположены по вертикальной оси корпуса, линию подачи газа от задатчика, подключенную к первому входу мембранного узла, линию подачи газа из выходного газопровода, подключенную ко второму входу мембранного узла, в корпусе выполнены входной канал, один конец которого открыт наружу через входной фланец, входная камера, которая сообщена со вторым концом входного канала, выходная камера, выходной канал, один конец которого сообщен с выходной камерой, а другой конец открыт наружу через выходной фланец, отверстие, соединяющее входную и выходную камеры, оси входной и выходной камер и отверстия расположены по вертикальной оси корпуса, седло, установленное в отверстии, в стойке выполнены первая и вторая цилиндрические полости, при этом первая цилиндрическая полость выполнена по оси корпуса, а вторая охватывает первую цилиндрическую полость, масло, залитое в первую и вторую цилиндрические полости, шток, размещенный по вертикальной оси корпуса в стойке, в корпусе и в мембранном узле, в котором на нем закреплены защитные тарелки и мембрана с помощью первой гайки, плунжер, укрепленный на штоке с помощью второй гайки под седлом, поршень, закрепленный на штоке с помощью третьей гайки в верхней части первой цилиндрической полости, уравновешивающую пружину, установленную в нижней части выходной камеры под плунжером, соединительный канал, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ введены регулируемый дроссель, стопор с самоустанавливающейся опорой, стопорное защитное устройство и самосмазывающийся уплотняющийся узел, стопор с самоустанавливающейся опорой укреплен на пробке крышки, первая цилиндрическая полость выполнена открытой в подмембранное пространство мембранного узла, а поршень отделяет пространство первой цилиндрической полости от подмембранного пространства мембранного узла и размещен в верхней части первой цилиндрической полости таким образом, что в крайнем верхнем положении плунжера верхняя поверхность третьей гайки совпадает с поверхностью дна подмембранного пространства, регулируемый дроссель соединяет первую и вторую цилиндрические полости, соединительный канал соединяет входную камеру и вторую цилиндрическую полость, шток укреплен в стойке с помощью стопорного защитного устройства и самосмазывающегося уплотняющегося узла и опирается на самоустанавливающуюся опору, при этом входная камера находится над отверстием, а выходная камера находится под отверстием, соединяющим входную и выходную камеры, вторая гайка выполнена параболической формы с диаметром нижней части - D_п=d_c-1мм, где d_c - внутренний диаметр седла, который выбран равным условному диаметру входного газопровода - Д_у, а высота гайки - h_п равна величине полного хода плунжера, а также нижняя крышка мембранного узла выполнена как верхняя часть стойки, диаметр поршня в первой цилиндрической полости выбран равным d_п=d_c+(1-2 мм) и на самоустанавливающейся опоре выполнена шаровидная поверхность.

Введение в регулятор давления регулируемого дросселя, который соединяет первую и вторую цилиндрические полости, позволяет, выставляя сечение канала перетока масла из одной цилиндрической полости в другую, регулировать скорость перетока в соответствии с изменяющимся диапазоном входного давления газа, в котором работает конкретные регулятор.

Введение в регулятор давления стопорного защитного устройства и самосмазывающегося уплотняющегося узла, с помощью которых шток укреплен в стойке, и укрепленного на пробке крышки стопора с самоустанавливающейся опорой, на которую опирается шток, позволяет более точно выставить шток по оси корпуса и вследствие этого исключить перекосы штока и уменьшить потери на трение штока, что уменьшает возможность неустойчивой работы регулятора по этой причине. Кроме того, стопорное защитное устройство защищает от эрозии поверхность той части штока, которая при работе регулятора при перемещениях штока проходит через самосмазывающийся уплотняющийся узел, и вследствие этого предотвращает его нарушение и протекание масла из первой цилиндрической полости во входную камеру, что также уменьшает возможность неустойчивой работы регулятора давления.

Выполнение в регуляторе давления соединения входной камеры и второй цилиндрической полости с помощью соединительного канала, а первой цилиндрической полости открытой в подмембранное пространство мембранного узла, отделение пространства первой цилиндрической полости, находящегося под поршнем, от подмембранного пространства мембранного узла с помощью поршня и соответствующее размещение поршня в верхней части первой цилиндрической полости позволяет убрать внешнюю соединительную линию, исключив возможные места утечек газа, убрать из под нижней крышки мембранного узла газ высокого давления и исключить уплотнение, требующее высокой точности изготовления и посадки, и тем самым повысить надежность и устойчивость работы регулятора.

Выполнение входной камеры над отверстием, а выходной камеры под отверстием, соединяющим входную и выходную камеры, позволяет более точно поддерживать установленную величину выходного давления при больших значениях расхода газа.

Выполнение второй гайки (гайки плунжера) параболической формы с диаметром нижней части D_п=d_c-1 мм и с высотой гайки h_п, равной величине полного хода плунжера, позволяет при минимальных расходах газа повысить устойчивость работы регулятора и точность поддержания установленной величины выходного давления.

Все указанное позволяет повысить надежность работы регулятора и точность поддержания установленной величины выходного давления во всем диапазоне расходов газа, предусмотренном для регулятора давления.

Кроме того, введение в регулятор давления стопорного защитного устройства и самосмазывающегося уплотняющегося узла, с помощью которых шток укреплен в стойке, и стопора с самоустанавливающейся опорой, укрепленного на пробке крышки, на которую опирается шток, позволяет упростить процесс сборки-разборки регулятора, исключив проворот штока при его разборке, и предохранить мембрану от разрыва, то есть сохранить целостность мембраны и вследствие этого увеличить межремонтные интервалы.

На чертежах представлены:

фиг.1 - осевой разрез заявляемого регулятора давления;

фиг.2 - осевой разрез стойки заявляемого регулятора давления;

фиг.3 - сечение по А-А защитного стопорного устройства и штока;

фиг.4 - сечение по Б-Б защитного стопорного устройства и штока;

фиг.5 - осевое сечение второй гайки;

фиг.6 - характеристика зависимости производительности (Q) регулятора давления от перемещения плунжера (Н) для прототипа (зависимость 1) и для заявляемого устройства (зависимость 2).

Регулятор давления (фиг.1) содержит корпус 1, на боковых противоположных сторонах которого выполнены входной 2 и выходной 3 фланцы, крышку 4 с пробкой 5, на которой укреплен стопор 6 с самоустанавливающейся опорой 7, пробка 5, стопор 6 и самоустанавливающаяся опора 7 установлены по вертикальной оси корпуса 1 в центральном сквозном отверстии крышки 4, которая укреплена на нижней части корпуса 1, стойку 8, установленную на верхнюю часть корпуса 1, мембранный узел 9, состоящий из нижней 10 и верхней 11 крышек, которые соединены вместе, мембраны 12, укрепленной между нижней 10 в верхней 11 крышками, защитных тарелок 13, верхняя из которых установлена на мембрану, а нижняя - под мембрану, и первой гайки 14, указатель 15, укрепленный на мембранном узле 9, вертикальные оси стойки 8, мембранного узла 9 и указателя 15 расположены по вертикальной оси корпуса 1, линию подачи газа 16 от задатчика, которая подключена к первому входу мембранного узла 9, линию подачи газа 17 из выходного газопровода, подключенную ко второму входу мембранного узла 9, в корпусе 1 выполнены входной канал 18, один конец которого открыт наружу через входной фланец 2, входная камера 19, которая сообщена со вторым концом входного канала 18, выходная камера 20, выходной канал 21, один конец которого сообщен с выходной камерой 20, а другой конец открыт наружу через выходной фланец 3, отверстие 22, соединяющее входную 19 и выходную 20 камеры, оси входной 19, выходной 20 камер и отверстия 22 расположены по вертикальной оси корпуса 1, при этом входная камера 19 находится над отверстием 22, а выходная камера 20 находится под отверстием 22, седло 23, установленное в отверстии 22, в стойке 8 выполнены первая 24 и вторая 25 цилиндрические полости, при этом первая цилиндрическая полость 24 выполнена по оси корпуса 1 и открыта в подмембранное пространство мембранного узла 9, а вторая 25 охватывает первую 24 цилиндрическую полость, регулируемый дроссель 26, соединяющий первую 24 и вторую 25 цилиндрические полости, масло 27, залитое в первую 24 и вторую 25 цилиндрические полости, соединительный канал 28, выполненный в стойке 8 и соединяющий входную камеру 20 и вторую цилиндрическую полость 25, шток 29, опирающийся на самоустанавливающуюся опору 7 и размещенный по вертикальной оси корпуса 1 в стойке 8, в корпусе 1 и в мембранном узле 9, в котором на нем укреплены защитные тарелки 13 и мембрана 12 с помощью первой гайки 14, стопорное защитное устройство 30 и самосмазывающийся уплотняющийся узел 31, с помощью которых шток 29 укреплен в стойке 8, плунжер 32, укрепленный на штоке 29 под седлом 23 с помощью второй гайки 33, поршень 34, укрепленный на штоке 29 с помощью третьей гайки 35 в верхней части первой цилиндрической полости 24 таким образом, что в крайнем верхнем положении плунжера 32 верхняя поверхность третьей гайки 35 совпадает с поверхностью дна подмембранного пространства мембранного узла 9, уравновешивающую пружину 36, установленную в нижней части выходной камеры 20 под плунжером 32, отверстие между седлом 23 и плунжером 32 с гайкой 33 является дросселирующим отверстием регулятора давления.

Крепление указателя 15 к верхней крышке 11 мембранного узла 9 осуществляется либо с помощью сварки, либо они отливаются вместе. Нижняя крышка 10 мембранного узла 9 изготовляется вместе со стойкой 8, в которой выполняются цилиндрические полости 24 и 25.

Газ в линию подачи газа 16 подается с выхода задатчика - задающего блока (устройства), который на чертеже не показан.

Газ в линию подачи газа 17 из выходного газопровода берется из выходного газопровода в точке, отстоящей на расстоянии не менее 2,5 м от выходного запорного устройства (на чертеже не показано), устанавливаемого после регулятора давления (И.А.Шур. Газорегуляторные пункты и установки. Л.: Недра, 1985, с. 80).

Внутренний диаметр седла 23 выбран равным d_c=Д_у, где Д _у - условный диаметр входного газопровода, а диаметр поршня 32 выбран равным d_п=d_c+(1-2 мм).

Высота первого цилиндра 24 выбрана равной сумме максимальной величины хода штока 29, то есть расстоянию от крайнего нижнего положения плунжера 32 до крайнего верхнего (до нижней кромки седла 23), высоты поршня 34 и высоты третьей гайки 35.

Объем масла 27, заливаемого в цилиндрические полости 24 и 25, должен быть на 20-40% больше объема пространства первого цилиндра 24 под поршнем 34 при его нахождении в крайнем верхнем положении, то есть , где L - ход штока 29. Размеры второй цилиндрической полости 25 выбираются исходя из того, что ее объем должен быть в 1,4-1,6 раз больше объема масла, залитого в цилиндрические полости 24 и 25.

Регулируемый дроссель 26 (фиг.2) состоит из первого вертикального канала 37, второго вертикального канала 38, горизонтального канала 39, который сообщен с боковой поверхностью стойки 8, вертикальный канал 37 соединяет первую цилиндрическую полость 24 с горизонтальным каналом 39, который вертикальным каналом 38 соединен со второй цилиндрической полостью 25, иглы 40 с закрепленной на ней гайкой 41, расположенной в горизонтальном канале 39, уплотнения 42 и гайки 43, размещенных также в горизонтальном канале 39. Горизонтальный канал 39 выполнен состоящим из двух частей, первая из которых соединена с первой цилиндрической полостью 24, а вторая - со второй цилиндрической полостью 25, при этом диаметр первой части горизонтального канала 39 выбран таким, чтобы обеспечить максимально необходимую скорость перетока масла 27 из одной цилиндрической полости в другую (например, из полости 24 в полость 25 и наоборот) при полностью выведенной игле 40. Диаметр иглы 40 выбирается в 1,1-1,5 раза большим диаметра первой части канала 39, угол острия иглы 40 выбирается в пределах от 15 до 60 градусов, в зависимости от того, какая точность изменения скорости перетока масла 27 из одной цилиндрической полости в другую (например из полости 24, в полость 25 и наоборот) необходима. Диаметр второй части выбирается в 1,2-1,5 раза больше диаметра иглы 40. На гайке 41 и во второй части горизонтального канала 39 нарезана резьба, по которой перемещается гайка 41. Уплотнение 42 и гайка 43 герметизируют регулируемый дроссель 26.

Соединительный канал 28 (фиг.2) состоит из вертикального отверстия 44, выполненного в стойке 8, и укрепленной в отверстии 44 капиллярной трубки 45, при этом длина трубки 45 выбирается такой, чтобы ее верхний уровень находился на 5-10 мм выше максимально возможного верхнего уровня масла, а диаметр, равным 4-5 мм.

Самосмазывающийся уплотняющий узел 31 (фиг.2) состоит из проточки 46 с резьбой, выполненной в стойке 8 с диаметром, на 2-4 мм большим, чем диаметр штока 29, на расстоянии 5-10 мм от дна цилиндрической полости 24, уплотнительного кольца 47, установленного в верхней части проточки 46, и втулки 48 с резьбой, которая поджимает уплотнительное кольцо 47 к стойке 8.

Стопорное защитное устройство 30 (фиг.2-4) состоит из защитной втулки с прорезью 49 и двух лысок 50, нарезанных симметрично на противоположных сторонах штока 29, при этом защитная втулка 49 установлена на штоке 29 таким образом, что нижняя часть защитной втулки упирается в лыски 50, а верхняя закреплена в стойке 8. Глубина нарезки лысок 50 определяется типоразмером регулятора давления таким образом, чтобы обеспечить невозможность поворота штока 29 при разборке регулятора давления. Прорезь во втулке 49 равна по величине ширине срезанной части штока 29 и располагается со стороны штока 29, противоположной входному потоку газа. Высота защитной втулки 49 выбирается большей хода штока 29 на 5-10%.

На фиг.5 приведено осевое сечение второй гайки 33, на котором показаны диаметр и высота гайки.

Для иллюстрации работы регулятора при малых расходах газа на фиг.6 приведены графики поступления (расхода) газа в выходную камеру 20 в процентах от максимально возможного расхода газа в зависимости от высоты дросселирующего отверстия в процентах от величины полного открытия дросселирующего отверстия, при этом график 1 построен для второй гайки 33 в форме усеченной пирамиды (для прототипа), а график 2 - для третьей гайки 33 параболической формы (для заявляемого регулятора).

Регулятор давления работает следующим образом. В отключенном положении регулятора давления при перекрытых запорных устройствах (на чертежах не показаны) на входном и выходном газопроводах и на линиях подачи газа 17 из выходного газопровода и подачи газа из входного газопровода в задатчик плунжер 32 плотно прижат к седлу 23 пружиной 36, то есть дросселирующее отверстие полностью перекрыто. Перед запуском регулятора по величине давления во входном газопроводе выставляется величина проходного сечения горизонтального канала 39 путем вращения иглы 40 регулируемого дросселя 26, обеспечивающая необходимую скорость перетока масла из одной цилиндрической полости (полости 24 или 25) в другую. Пуск регулятора давления осуществляют при давлении в выходном газопроводе, меньшем заданной величины, открытие запорных устройств производят в следующем порядке - запорное устройство входного газопровода, запорное устройство выходного газопровода, запорное устройство на линии подачи газа 17 из выходного газопровода. При открытии запорного устройства входного газопровода газ заполняет входной канал 18, входную камеру 19 и поступает по соединительному каналу 28 в пространство над маслом 27 во второй цилиндрической полости 25 и начинает передавливать масло 27 из цилиндрической полости 25 в полость 24. Так как диаметр поршня 34 больше диаметра седла 23, то возникает усилие, дополнительно прижимающее плунжер 32 к седлу 23. При открытии запорного устройства на линии подачи газа 17 из выходного газопровода газ поступает в подмембранное пространство мембранного узла 9, что создает усилие, поднимающее мембрану 12 вверх и тем самым дополнительно поджимающее плунжер 32 к седлу 23. Далее открывается запорное устройство, через которое подается газ из входного газопровода в задатчик давления, и в надмембранное пространство мембранного узла 9 начинает поступать газ до тех пор, пока давление в надмембранном пространстве не достигнет установленной величины. При поступлении газа в надмембранное пространство мембранного узла 9 в момент, когда давление газа в нем достигнет величины, создающей усилие, превышающее давление газа в подмембранном пространстве и дополнительные усилия, действующие на шток 29 и плунжер 32, шток 29 с плунжером 32 под действием мембраны 12 начнут опускаться. Между гайкой 33 плунжера 32 и седлом 23 образуется отверстие - дросселирующее отверстие, и газ из входной камеры 19 начинает поступать в выходную камеру 20 и далее через выходной канал 21 в выходной газопровод. Однако со штоком 29 начинает двигаться вниз и поршень 34, выдавливающий масло 27 из цилиндрической полости 24 в цилиндрическую полость 25 через регулируемый дроссель 26, поэтому шток 29 опускается плавно, а не скачкообразно. При достижении выходным давлением заданной величины усилия, действующие на мембрану 12, уравновешиваются и движение штока 29 с плунжером 32 прекращается.

При изменении режима работы регулятора давления, например при повышении входного давления, соответственно повышается и давление в подмембранном пространстве мембранного узла 9 и под действием мембраны 12 шток 29 с плунжером 32 начинают подниматься, уменьшая дросселирующее отверстие. Одновременно начинает подниматься поршень 34 в цилиндрической полости 24, втягивая масло 27 в цилиндрическую полость 24 из цилиндрической полости 25 через регулируемый дроссель 26, и вследствие этого подъем штока 29 с плунжером 32 происходит замедленно и плавно. В момент, когда выходное давление и, соответственно, давление в подмембранном пространстве достигнут заданной величины, усилия, действующие на мембрану 12, уравновесятся и шток 29 с плунжером 32 остановится в положении, при котором дросселирующее отверстие соответствует заданному значению выходного давления при действующем значении входного давления.

При уменьшении входного давления, соответственно, уменьшается и выходное давление и давление в подмембранном пространстве мембранного узла 9, поэтому под действием мембраны 12 шток 29 с плунжером 32 начинают опускаться, увеличивая дросселирующее отверстие. Поршень 34 в цилиндрической полости 24 начинает опускаться, выдавливая масло 27 из цилиндрической полости 24 в цилиндрическую полость 25 через регулируемый дроссель 26, поэтому опускание штока 29 с плунжером 32 происходит замедленно и плавно. В момент равенства усилий, действующих на мембрану 12, шток 29 с плунжером 32 останавливаются в положении, при котором дросселирующее отверстие соответствует заданному значению выходного давления.

Если изменение входного или выходного давления происходит кратковременно, то регулятор давления работает аналогично описанному выше, но вследствие инерционности движения штока 29 с плунжером 32, вызываемой передавливанием масла 27 из одной цилиндрической полости в другую (цилиндрические полости 24 и 25), автоколебаний штока 29 с плунжером 32 не возникает.

При работе регулятора давления газ проходит из входного газопровода во входной канал 18, во входную камеру 19, через дросселирующее отверстие - отверстие между седлом 23 и плунжером 32 - в выходную камеру 20 и далее через выходной канал 21 в выходной газопровод. Во входной камере 19 газ омывает шток 29 и содержащиеся в газе твердые частицы разрушают поверхность штока 29, однако часть штока 29, которая движется в самосмазывающемся уплотняющем узле 31 защищена защитной втулкой 49 стопорного защитного устройства 30, поэтому указанная часть поверхности штока 29 не разрушается и тем самым исключается протекание масла из цилиндрической полости 24 во входную камеру 19 через самосмазывающийся узел 31.

При высоких перепадах давления на регуляторе (более 70-80% от входного давления) и больших расходах газа (более 50% от максимального), при повышении давления входного газа давление выходного газа, поступающего в подмембранное пространство из выходного трубопровода (поступающее из точки, находящейся на расстоянии 2,5-3 м от выходного запорного устройства (на чертеже не показано), устанавливаемого после регулятора давления), начинает нарастать медленнее, чем давление в выходной камере 20, но давление в выходной камере 20 в этом случае поджимает плунжер 32 к отверстию 23, уменьшая дросселирующее отверстие, и поэтому регулятор давления плавно выходит на заданное выходное давление, то есть более точно и стабильно поддерживает заданное выходное давление.

При малых расходах газа в случае изменения величины дросселирующего отверстия, как показано на фиг.6, при параболической форме гайки 33 расход газа через дросселирующее отверстие изменяется в несколько раз медленее, чем при трапецеидальной форме гайки 33, и поэтому плунжер 32 с гайкой 33 приходит в точку, соответствующую заданному выходному давлению, без возникновения затухающего автоколебательного процесса, то есть в этом случае регулятор более точно и стабильно поддерживает заданное выходное давление.

При стабильном изменении входного давления газа (например, сезонные или суточные изменения давления газа) по его величине соответственно подстраивается скорость перетока масла из одной цилиндрической полости в другую путем установки соответствующего проходного сечения горизонтального канала 39 вращением иглы 40 регулируемого дросселя 26.

При сборке-разборке регулятора, например при выполнении профилактических работ, при съеме крышки 4 стопорное защитное устройство 30 не допускает поворота штока 29 вокруг своей оси и тем самым исключает разрыв мембраны 12 мембранного узла 9.