регулятор давления - ограничитель расхода

Формула изобретения

1. Регулятор давления - ограничитель расхода газа, содержащий со стороны входа газа пилотное устройство и регулятор давления, выход которого соединен со входом дросселирующего элемента, выполненного в виде сужающего устройства, отличающийся тем, что сужающее устройство своим выходом непосредственно соединено с магистралью потребления, а пилотное устройство, содержащее чувствительный элемент со штоком, дополнительно снабжено мембранным приводом, надмембранная и подмембранная полости которого подключены соответственно к входу и выходу сужающего устройства, при этом мембрана привода, жестко закрепленная в своей приосевой зоне со скользящей относительно штока втулкой, установлена с возможностью контакта втулки с регулировочным элементом, установленным на внешнем, свободном конце штока.

2. Регулятор давления - ограничитель расхода газа по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сужающего устройства может быть использовано стандартное сужающее устройство, входящее в состав блока коммерческого учета газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидропневмоавтоматики и может быть использовано для регулирования давления и ограничения расхода природного газа на выходе газораспределительных станций (далее ГРС).

Известен регулятор давления газа непрямого действия осевого типа (см. авторское свидетельство СССР 1171761, кл. G 05 D 16/10, 1985), содержащий полости входа и выхода, цилиндрический корпус с внутренней перегородкой, коаксиально расположенный относительно полости выхода газа регулирующий орган в виде подвижного поршневого клапана, поджатого возвратной пружиной относительно перегородки, и чувствительного элемента в виде поршня, перемещающегося между перегородкой и задней крышкой корпуса, взаимно расположенных таким образом, что последовательно за клапаном образуют разгрузочную полость, полости управляющего и выходного давлений, при этом подвижные клапан и поршень связаны между собой соосным с корпусом штоком. Указанный регулятор надежен, малошумен в работе, компактен по конструкции, но используемый как самостоятельное устройство решает только одну задачу - поддерживает давление газа "за собой", т.е. в низконапорной магистрали, на выходе ГРС, вне зависимости от изменений величин входного давления или газопотребления. В этой достаточно типичной ситуации не учитывается одно серьезное обстоятельство, а именно: все возрастающий эрозионный износ газопроводов, связанный с постоянным ростом газопотребления, снижает надежность и долговечность всей газопроводной системы. В связи с этим, исходя из конкретных условий (сроки эксплуатации, техническое состояние газопроводов, лимитирование количества отпускаемого газа и т.п.). кроме задачи поддержания давления в низконапорной магистрали на выходе конкретной ГРС возникает необходимость и ограничения величины газопотребления.

Известное устройство для регулирования расхода газа (см. авторское свидетельство СССР 1795424, кл. G 05 D 7/00 от 12.06.90), содержащее со стороны входа газа регулятор давления непрямого действия, выход которого соединен со входом дросселирующего элемента, выполненного в виде сопла Вентури и установленного на трубопроводе за регулятором. Пилотное устройство управления с исполнительным механизмом регулятора снабжено блоком вычисления значения давления газа перед соплом, соответствующего поступающей информации о величине заданного расхода. Недостатком известного технического решения является практическая невозможность его использования на ГРС, работающих, как правило, в условиях переменного газопотребления, при постоянном выходном давлении, так как изменение газопотребления требует постоянного изменения настройки регулятора расхода.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предлагаемому изобретению является регулятор давления - ограничитель расхода газа (см. патент РФ 2150139, кл. 7 G 05 D 16/10, 7/00 от 07.12.1998), содержащий со стороны входа газа регулятор давления непрямого действия, вход которого соединен со входом дросселирующего элемента, выполненного в виде сопла Вентури и установленного на трубопроводе за регулятором. Новым в известном устройстве является то, что вход сопла непосредственно соединен с выходом регулятора давления непрямого действия осевого типа, а выход сопла - со входом дополнительного, аналогичного регулятора. Технический результат - обеспечение возможности поддержания давления с одновременным ограничением расхода газа на уровне, установленном потребителю [прототип].

Недостатками известного технического решения являются следующие. Во-первых, установленные последовательно по потоку регулируемого газа входной регулятор - сопло - выходной регулятор вносят значительные потери давления, что при дефиците входного давления относительно регулируемого выходного может привести к невозможности использования известного устройства для конкретных ГРС. Во-вторых, несмотря на то, что два регулятора с соплом между ними скомпонованы в единый компактный модуль, он имеет значительные осевые габариты и массу. Кроме того, при необходимости изменения величины ограничения расхода газа необходимо отключать известное устройство для замены сопла на другой его типоразмер, что требует дополнительных затрат средств и времени.

Целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона применения устройства в условиях дефицита входного давления ГРС относительно выходного, уменьшение практически вдвое осевого габарита и массы устройства в целом, возможность изменения уставки величины ограничения расхода газа без отключения предлагаемого устройства.

Поставленная цель достигается тем, что дросселирующий элемент, выполненный в виде сужающего устройства, своим выходом непосредственно соединен с магистралью потребления, а пилотное устройство, содержащее чувствительный элемент со штоком, дополнительно снабжено мембранным приводом, надмембранная и подмембранная полости которого подключены, соответственно, к входу и выходу сужающего устройства. При этом мембрана привода, жестко закрепленная в своей приосевой зоне со скользящей относительно штока втулкой, установлена с возможностью контакта втулки с регулировочным элементом, установленным на внешнем, свободном конце штока.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом показывает. что оно в основном отличается наличием дополнительного мембранного привода на пилотном устройстве регулятора давления, что в сочетании их связи с другими элементами схемы обеспечивает технический результат - обеспечение возможности поддержания давления с одновременным ограничением расхода газа на уровне, установленном потребителю.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где представлена схема устройства регулятора давления - ограничителя расхода газа (в дальнейшем по тексту сокращенно - "регулятор-ограничитель").

Регулятор-ограничитель содержит со стороны входа 1 газа регулятор 2, например осевого типа, исполнительный механизм которого расположен в цилиндрическом корпусе 3, коаксиально расположенном относительно цилиндрической полости 4 выхода газа. К выходному фланцу 5 наружного корпуса регулятора 2 пристыкован цилиндрический корпус переходника 6 с размещенным внутри него съемным сужающим устройством 7, выполненным, например, в виде диафрагмы с возможностью отбора давления перед и за ней. Непосредственно к выходному фланцу 8 переходника присоединена магистраль потребления 9. Регулятор 2 снабжен пилотным устройством 10, состоящим из регулятора 11, предназначенного для понижения давления входного газа при использовании него в качестве управляющего клапанного блока 12, предназначенного для поддержания управляющего давления в командной полости 13 регулятора 2 с величиной, обеспечивающей заданное давление выходного газа. Клапанный блок 12 представляет собой систему из 2-х клапанов - левый 14 и правый 15, связанных между собой подвижной тягой 16, а также штока 17 камеры чувствительного элемента 18, контактирующего через подвижное сбросное седло 19 с правым клапаном 15. У левого клапана 14 седло 20 является неподвижным. На штоке 17 чувствительного элемента 18 закреплен измерительный поршень 21, на который воздействует пружина 22, усилие сжатия которой создается регулировочным толкателем 23. Непосредственно к корпусу чувствительного элемента 18 пристыкован корпус 24 мембранного привода, надмембранная 25 и подмембранная полость 26 которого подключены соответственно к входу и выходу сужающего устройства 7. При этом мембрана 27 привода, жестко закрепленная в своей приосевой зоне со скользящей относительно штока 17 втулкой 28, установлена с возможностью контакта втулки 28 с регулировочным элементом 29 (например, гайкой), установленным на внешнем, свободном конце штока 17.

Регулятор-ограничитель работает следующим образом. При подаче давления на входе 1 газ через редуктор 11 поступает на вход пилотного устройства 10, на левый клапан 14 и закрывает его. Введение устройства в работу производится с помощью регулировочного толкателя 23, который при перемещении влево сжимает пружину 22, усилие которой через шток 17, подвижное седло 19 правого клапана 15 и тягу 16 клапанного блока 12 воздействует на левый клапан 14, открывая его. Давление газа через клапанный блок поступает в командную полость 13 регулятора 2 и, воздействуя на рабочий поршень последнего, перемещает клапан регулятора 2 вправо, открывая его клапанный кольцевой зазор.

Газ высокого давления, дросселируясь в клапанном зазоре регулятора, поступает в магистраль потребления 9 и создает выходное давление, которое по линии обратной связи передается в камеру чувствительного элемента 18. Усилие, возникающее на измерительном поршне 21 под воздействием выходного давления, сжимает пружину 22 и вызывает перемещение штока 17 и седла 19 вправо, при этом левый клапан 14 закрывается, прекращая возрастание управляющего давления в командной полости 13 регулятора 2.

Таким образом, устройство входит в режим автоматического регулирования выходного давления, когда усилие сжатой пружины 22 уравновешивается усилием измерительного поршня 21, на который воздействует выходное давление (давление обратной связи).

Изменение газопотребления вызывает изменение выходного давления в магистрали 9. Поддержание выходного давления в заданных пределах осуществляется следующим образом: повышение его вызывает перемещение подвижной системы пилотного устройства 10 за счет нарушения равновесия действующих на нее сил: усилия пружины 22, с одной стороны, и выходного давления (посредством измерительного поршня 21), с другой. При этом сбросное седло 19 отходит от клапана 15, что приводит к стравливанию некоторого количества газа из полости клапанного блока 12 и командной полости 13 регулятора 2. Управляющее давление понизится и клапан регулятора 2 под действием возвратной пружины пойдет на закрытие. Расход газа через регулятор уменьшается до восстановления выходного давления в заданных пределах. При уменьшении выходного давления регулятор работает в обратном порядке.

При изменении газопотребления изменяющийся перепад давления на сужающем устройстве 7, подаваемый в полость корпуса 24 мембранного привода, вызывает изменение деформации мембраны 27, причем возрастание перепада давлений при увеличении расхода газа вызывает перемещение втулки 28 вправо. До момента контакта втулки 28 с регулировочным элементом 29 устройство работает в режиме обычного регулятора давления непрямого действия в диапазоне расхода газа, согласованного с потребителем (заказчиком). Режим ограничения расхода газа наступает с момента контакта втулки 28 с элементом 29, положение которого на свободном конце штока 17 устанавливается в режиме запуска ГРС по показаниям блока коммерческого учета газа.

Регулятор-ограничитель в режиме ограничения газопотребления работает следующим образом.

При увеличении расхода втулки 28 мембраны 27 войдет в контакт с регулировочным элементом 29 и под действием силы деформации мембраны вызовет перемещение штока 17 вправо, что приведет к сбросу управляющего давления из командной полости 13 регулятора за счет размыкания сбросного седла 19 с клапаном 15. Уменьшение клапанного зазора регулятора 2 и, как следствие, - уменьшение расхода газа через сужающее устройство 7 и перепада на нем. При этом деформация мембраны 27 уменьшается, шток 17 возвращается в исходное положение и закрывает правый клапан 15, прекращая сброс управляющего давления из командной полости регулятора 2, который работает в новом режиме - в режиме ограничения расхода газа потребителю.

Таким образом, используя известные регулятор давления с пилотным устройством, дополнительно снабженным мембранным приводом с подключенным к нему сужающим устройством, решается задача поддержания постоянного давления и ограничения расхода газа на уровне, согласованном с потребителем. При этом достигается главная цель изобретения: расширение диапазона применения устройства в условиях дефицита входного давления ГРС относительно выходного, уменьшение практически вдвое осевого габарита и массы устройства в целом, возможность изменения уставки величины ограничения расхода газа без отключения предлагаемого устройства.