Регулятор тиску “киарм”

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в различных системах газовой, химической и других отраслей промышленности для стабилизации давления жидкостей, пара,газов при изменении расходов и входных давлений. Целью изобретения является повышение надежности и точности регулятора. Последний содержит регулирующий орган, затвор которого выполнен на полом поршне, соединенном посредством пружины с пилотным клапаном, осуществляющим регулирование давления в управляющей полости. Пилотный клапан и управляющая полость размещены по разные стороны от седла. Полый поршень нагружен дополнительной пружиной, обеспечивающей динамическую устойчивость и герметичность. Параметры пружин выбраны исходя из определенного соотношения. Выход среды из пилотного клапана организован в выходную полость. 2 з.п ф-лы, 1 ил. ел с Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может найти широкое применение в системах водоснабжения, а также в газовой, химической и других отраслях промышленности. Известны регуляторысзаданиемуровня давления в защищаемой системе при помощи пилотного регулятора, позволяющего производить регулирование с удовлетворительной точностью в широком диапазоне изменения расхода. Их общим недостатком является сложность конструкции, большие масса и габариты. Известен также регулятор, имеющий корпус с входной и выходной полостями, разделенными регулирующим органом в виде седла и совмещенного с поршнем затвора, связанного пружиной с клапаном пилотного регулятора, полость чувствительного элемента которого сообщена с выход ной полостью и с полостью сброса пилотного регулятора, а полость поршня - с входной полостью через жиклер. Давление в поршневой полости изменяется в зависимости от входного давления и расхода рабочей среды. При простой конструкции, приемлемой для серийного производства, регулятор имеет серьезные недостатки: неудовлетворительную герметичность в затворе при невысоких входных давлениях, так как герметизация осуществляется только за счет входного давления; склонность к автоколебаниям, что провоцируется низкой суммарной жесткостью подвижной системы, увеличение которой ухудшает точность поддержания давления, возможность резкого повышения давления в системе (заброса) при быстром увеличении входного давления, что обусловлено отсутствием усилия на о поршне в направлении седла; увеличенную погрешность выходного давления при низких значениях настройки. Это объясняется наличием оыороса i-рзды через пилотный клапан непосредственно под чувствительный элемент. Цель изобретения повышение надежности и точности регулятора. Регулятор давлений имеет корпус с входной и выходкой полостями, разделенными регулирующим органом в виде седла и совмещенного с затвором поршня, образующего с корпусом управляющую полость м связаного пружиной с клапаном пилотного регулятора, полость чувствительного элемента которого сообщена с выходной полостью, а поршневая полость - через жиклер - с входной полостью, Пилотный клапан и полый поршень расположены по разные стороны седла корпуса, а в управляющей полости размещена дополнительная пружина, связывающая поршень с корпусом. Жесткость С пружины, соединяющей полый поршень и пилотный клапан, определяется из соотношения 5 10 15 20 25 F п — f- - СДСП Гч.э. где Сдоп ' жесткость дополнительный поу30 жины; F4 „. - эффективная площадь чувствительного элемента; Fn - эффективная площадь поршня. Полость сброса пилотного клапана изолирована от полости чувствительного эле- 35 мента и соединена с выходной полостью. Изобретение позволяет повысить точность регулирования, динамическую устойчивость и герметичность в затворе. На чертеже показан предлагаемый ре- 40 Регулятор имеет корпус 1, входная 2 и выходная 3 полости которого разделены оегулирующим органом в виде сед/.а 4 и затвора на торце полого поршня 5, нагруженного 45 пружиной 6. Управляющая полость 7 герметизирована относительно входной полости посредством копьца В и сообщена с ней с помощью жиклера 9. Кроме того, управляю- 50 щая полость сообщена через затвор пилотного регулятора, состоящего из седла 10, і'іапана 11, связанного с полым поршнем тружільой 12, и чувствительного элемента ь виде мембрани 13, натуженной пружиной 55 14, сжатой регулировочным винтом 15 через опору 16, с выходной полостью, соединенной іакже с полостью чувствительного эльмента 17. В исходном положении (давление рабочей среды на входе равно нулю) мембрана 13 чувствительного элемента под действием пружины 14 занимает крайнее нижнее положение и, сжимая пружину 12, открывает затвор пилотного регулятора (клапан 1? в нижнем положении). Главные затвор закрыт: поршень 5 под действием пружины 6 запирает седло 4. При подача рабочей среды на вход (режим пуска) поршень 5 перемещается вниз под действием входного давления, действующего на площадь кольца с диаметром D и d c , сжимая пружин/ 6. При этом рабочая среда через седло 4 поступает на выход и одновременно в полосі ь чувствительного элемента. Давление е выходной полости растет, и при достижении заданного значения мембрана поднимается, даьая возможность перемещения аверх клапану пилотного регулятоора. который занимает такое положение, чтобы расход среды через его затвор уравнялся с расходом через жиклер 9 малого поршня. Это означает, ч'іо давление в управляющей полости стабилизировалось и поршень занял положение, соответствующее зада? ному выходному давлению В этом режиме введение дополнительной пружины 6. усилие и жасп.осіь которой могут быть выбраны достаточно больыимк, поскольку они не связаны условиями обеспечения точностных паоаметров. значительно уменьшает возможность резкого повышений (заороса) выходного давления при быстром повышении давления на входе. Б стационарном режиме регулятор работает следующим образом. При протекании через регулятор установившегося расхода поршень уравновешен действием на него входного давления на кольцевую площадь между диаметрами D и dc- выходного давления на площадь круга с диаметром dc, давления в поршневой камере на площадь круга с диаметром D и разницей усилий о? пружин 5, 12. Давление в упраьляющєи камере формир/ется обеспечением равенства расходов из входной попости через жиклер 9 и в выходную полость через затвор пилотного регулятора, клапан которого управляется мембраной. При выходном давлении, равном заданному, мембрана задает клапану 11 такое положение при которое его проходное сечение обеспечивает расход из управляющей полости в выходную. Это позволяет поддерживать ь управляющей камеое давпение Ру. при котором поршень 5 уравновешен. Tax, при изменении (например, при увеличении) расхода в системе уменьшается 1764040 выходное давление, что приводит к следующему. Нарушается равновесие мембраны 13, которая переводит клапан 11 в новое положение, увеличивая при этом расход из управляющей полости 7 и уменьшая давле- 5 ние в ней. В результате нарушается равновесие поршня 5, который перемещается вниз, сжимая при этом пружину 6 и увеличивая проходное сечение седла Л до тех пор, пока изменение силь: вследствие уменьше- 10 ния давления Ру не сравняется с изменением силы вследствие сжатия пружины 6. При этом расход через регулятор увеличивается и давление нэ выходе возрастает до тех пор, пока не достигнет заданного значения, т.е. 15 мембрана перестанет перемещаться вгіиз. При перемещении поршня в процессе регулирования усилия пружин 6 и 12 изменяются, что должно было бы привести к увеличению падения давления на главном 20 затворе, а следовательно, и к уменьшению выходного давления, на величину ~,> 0) Fn 25 где Сб и Ci2 - жесткость пружин 6 и 12; Н - перемещение клапана поршня при увеличении расхода; F n - площадь поршня. Однако этого не происходит, так гак пружина 12 ослабляется при этом на вели- 30 чину С ^ . Н , что означает автоматическую перенастройку регулятора на величину 35 где F4.3. ~ площадь мембраны, компенсирующую возможное уменьшение выходного давления. Таким образом, возникает возможность, обусловленная размещением поршня и клапана пилотного регулятора по 40 разные стороны от седла и введением дополнительной пружины 6, придать пружине 12 функции, направленные на исключение статической ошибки (погрешности регулирования, связанной с изменением расхода). 45 При этом указанная погрешность будет исключена при определенных условиях, которые вытекают из равенства ( 1 ) и ( 2 ) п р и Л Р = = Д Р и представляют собой выражение -С12 (3) 50 Следует отметить, что выражение (3), показывая vsa возможность минимизации величины погрешности регулирования, тем не менее не совсем справедливо, так как 55 при его обосновании не учтена вторичная погрешность, вызванная изменением усилия пружины пилотного регулятора вследствие дополнительного изменений положения его клапана, обусловленного тем, что при изменении расхода через регулятор изменяется положение полого поршня и, соответственно, усилие пружины 6 и уравновешивающее его управляющее давление, а значит, и расход через жиклер 9 (из-за изменения перепада давления на последнем). Поэтому для обеспечения минимальной погрешности регулирования соотношение жесткостей пружин 6 и \2 приходится подбирать экспериментально. При этом жесткость пружины б выбирается исходя только из условия динамической устойчивости, что в полной мере обеспечивает какие угодно высокие требования к этой характеристике. При прекращении отбора рабочей среды со стороны выхода давление в выходной полости достигает максимально допустимого, мембрана 13 чувствительного элемента под его действием занимает крайне верхнее положение и освобождает клапан 11 пилотного регулятора давления, который прижимается к своему седлу 10. Вследствие этого выходная полость 3 отсоединяется от управляющей полости 7, давление в которой выравнивается с входным благодаря протеканию рабочей среды через жиклер 9. Это приводит к закрыванию седла 4 торцом поршня 5, перемещающегося вверх под действием пружинь: 6 ш сходного давления. При этом достигается требуемая герметичность, что обусловлено введением дополнительной пружины 6, усилие которой может быть выбрано исходя только ілг требуемой герметичности. Следует также отметить, что наличие силовой пружины 6 ускоряет перемещение поршня 5 при резком прекращении расхода, что значительно уменьшает повышение выходного давления (заброс) по отношению к его значению при стационарном режиме. Формула изобретения 1. Регулятор давления, содержащий корпус, между входной и выходной полостями которого установлен регулирующий орган, затвор которого выполнен на торце полого поршня, образующего с корпусом управляющую полость, соединенную через отверстие в полом поршне с входной полостью и с выходной полостью через пилотный4 клапан, связанный с чувствительным элементом, установленным между полостью задания и полостью,соединенной с выходной полостью, а также пружину, установленную между полым поршнем и пилотным клапаном, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и точности регулятора, пилотный клапан и управляющая полость расположены по разные стороны ог 1764040 седла регулирующего органа, з в управляющей полости между полым поршнем и корпусом установлена дополнительная пружина. 2 Регулятор по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что жесткости пружин находятся в зависимости С-Сдоп F n _ F 4 3 где С - жесткость пружины; Сдоп ~ жесткость дополнительной пружины; F4.3. - площадь чувствительного элемента; 5 Fn - площадь полого поршня. 3. Регулятор л о п . 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения, полость сброса пилотного клапана 10 изолированаотполостичувствительногоэлемента и соединена с выходной полостью. \ Ґ /&Л2ХШЖ 5 7 VJ Y/////y//7Z%//y//////7AO V, 6 Редактор Г.Бельская Составитель К.Маргулис Техред М Моргентал Корректор М.Демчик з 3457 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКИТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101