RU2755934C1 - Gas pressure regulator - Google Patents
Gas pressure regulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755934C1 RU2755934C1 RU2021105039A RU2021105039A RU2755934C1 RU 2755934 C1 RU2755934 C1 RU 2755934C1 RU 2021105039 A RU2021105039 A RU 2021105039A RU 2021105039 A RU2021105039 A RU 2021105039A RU 2755934 C1 RU2755934 C1 RU 2755934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- pressure
- valve
- piston
- compensator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D16/00—Control of fluid pressure
- G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
- G05D16/06—Control of fluid pressure without auxiliary power the sensing element being a flexible membrane, yielding to pressure, e.g. diaphragm, bellows, capsule
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Safety Valves (AREA)
- Control Of Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности, к устройствам для регулирования и поддержания давления газа - газовым регуляторам, газовым редукторам. Изобретение может быть использовано для понижения и поддержания постоянного давления газа в промышленности, энергетике, медицине, и др. областях.The invention relates to mechanical engineering, in particular, to devices for regulating and maintaining gas pressure - gas regulators, gas reducers. The invention can be used to lower and maintain a constant gas pressure in industry, energy, medicine, and other fields.
В настоящее время известны и широко распространены устройства для регулирования и поддержания давления газа, которые представляют собой простейший дифференциальный регулятор, с чувствительным элементом - мембраной. Одним из важнейших параметров для подобных устройств является ошибка регулирования, которая определяется изменением выходного давления при изменении входного давления, чем меньше изменяется выходное давление и чем шире диапазон допустимых входных давлений, тем лучше регулятор. Применительно к регуляторам давления газа, ошибку регулирования (отклонение выходного давления от заданного) принято, измерять в процентах и называть «неравномерностью». Основным недостатком обычных регуляторов является сильная зависимость качества регулирования от отношения размеров мембраны и клапана. Следствием этого является необходимость увеличивать размер мембраны и как следствие всего регулятора при увеличении размера клапана. Увеличение размера приводит к увеличению веса деталей и усложнению их изготовления, что так же ухудшает характеристики регулятора за счет увеличения сил инерции, сил трения и других.Currently known and widespread devices for regulating and maintaining gas pressure, which are the simplest differential regulator, with a sensitive element - a membrane. One of the most important parameters for such devices is the control error, which is determined by the change in the outlet pressure when the inlet pressure changes, the less the outlet pressure changes and the wider the range of permissible inlet pressures, the better the regulator. With regard to gas pressure regulators, the regulation error (deviation of the output pressure from the set one) is accepted, measured in percent and called "unevenness". The main disadvantage of conventional regulators is the strong dependence of the quality of regulation on the ratio of the diaphragm and valve sizes. The consequence of this is the need to increase the size of the diaphragm and as a consequence of the entire regulator as the size of the valve increases. An increase in size leads to an increase in the weight of parts and a complication of their manufacture, which also worsens the characteristics of the regulator due to an increase in inertial forces, friction forces, and others.
Одним из распространенных способов преодоления указанного недостатка является применение редукторов с разгруженным клапаном, в таких регуляторах клапан снабжен уплотнением на направляющей поверхности и на часть его площади не воздействует входное давление, см., например, патент RU2528220C2, конвенционный приоритет: 02.07.2009 US 12/496,868, описывающий клапан регулирования давления, содержащий: корпус клапана, имеющий вход и выход для текучей среды; уравновешенный вставной клапан, расположенный в корпусе клапана между входом и выходом для текучей среды и содержащий: фиксатор, имеющий центральный канал, включающий первый и второй концы, внутреннюю поверхность и, по меньшей мере, одно отверстие во внутренней поверхности, формирующее вход для текучей среды; седло клапана, расположенное в центральном канале возле первого конца центрального канала; подвижный стержень клапана, по меньшей мере, частично расположенный в центральном канале, при этом подвижный стержень клапана выборочно открывает и закрывает первый конец центрального канала за счет скользящего перемещения внутри него и взаимодействия с седлом клапана и имеет полую центральную часть; фильтр, расположенный между внутренней поверхностью центрального канала и стержнем клапана; и торцевую заглушку, расположенную на втором конце центрального канала, закрывающую второй конец центрального канала, содержащую глухой канал, направленный к стержню клапана и принимающий один конец стержня клапана таким образом, что в глухой канал поступает текучая среда со стороны за седлом клапана через полую центральную часть стержня клапана; при этом торцевая заглушка закрывает второй конец центрального канала и включает фильтр для седла клапана, закрепляя фильтр в центральном канале и удерживая фильтр и стержень клапана между торцевой заглушкой и фиксатором, а также уплотняя седло клапана по отношению к фиксатору.One of the most common ways to overcome this drawback is the use of gearboxes with a balanced valve, in such regulators the valve is equipped with a seal on the guide surface and part of its area is not affected by the inlet pressure, see, for example, patent RU2528220C2, conventional priority: 02.07.2009 US 12 / 496,868, describing a pressure control valve comprising: a valve body having a fluid inlet and outlet; a balanced insert valve located in the valve body between the inlet and outlet for the fluid and containing: a retainer having a central channel including the first and second ends, an inner surface and at least one hole in the inner surface, forming an inlet for the fluid; a valve seat located in the center channel near the first end of the center channel; a movable valve stem at least partially located in the central channel, the movable valve stem selectively opening and closing the first end of the central channel by sliding movement within it and interacting with the valve seat and has a hollow central portion; a filter located between the inner surface of the central channel and the valve stem; and an end plug located at the second end of the central channel, covering the second end of the central channel, containing a blind channel directed towards the valve stem and receiving one end of the valve stem such that fluid enters the blind channel from the side behind the valve seat through the hollow central part valve stem; the end cap closes the second end of the center bore and includes the valve seat filter by securing the filter in the center bore and holding the filter and valve stem between the end plug and retainer, and sealing the valve seat against the retainer.
Применение такой конструкции с точки зрения распределения сил в регуляторе эквивалентно уменьшению площади клапана. Однако такое решение имеет существенное ограничение, связанное с ухудшением характеристик при охлаждении, так как уплотнительное кольцо теряет эластичность и как следствие увеличивается трение, в предельных случаях силы от давления газа и силы создаваемой пружиной становится недостаточно для перемещения клапана и регулятор перестает работать. Основной причиной охлаждения является газ, проходящий через редуктор, который охлаждается при расширении, и контактируя с деталями редуктора охлаждает их. Так как расширение газа происходит в зазоре между клапаном и корпусом, клапан является одной из самых переохлажденных деталей и расположенное в нем уплотнение быстро замерзает. Так как температура газа зависит от степени расширения, это ограничение привело к тому что данная схема применяется только в редукторах с небольшим коэффициентом редуцирования (как правило до 5). Так же к недостатку этой схемы можно отнести то, что при замерзании клапана и выходе регулятора из строя силы возникающие от повышения давления газа за регулятором не способствуют закрытию клапана, и аварийное состояние сохраняется.This design is equivalent to a reduction in valve area from the point of view of the distribution of forces in the regulator. However, such a solution has a significant limitation associated with a deterioration in characteristics during cooling, since the sealing ring loses its elasticity and, as a result, friction increases, in extreme cases the force from the gas pressure and the force created by the spring becomes insufficient to move the valve and the regulator stops working. The main reason for cooling is the gas passing through the reducer, which cools during expansion, and in contact with the parts of the reducer cools them. Since gas expansion occurs in the gap between the valve and the body, the valve is one of the most subcooled parts and the seal located in it quickly freezes. Since the gas temperature depends on the expansion ratio, this limitation has led to the fact that this scheme is used only in reducers with a small reduction ratio (usually up to 5). Also, the disadvantage of this scheme can be attributed to the fact that when the valve freezes and the regulator fails, the forces arising from an increase in gas pressure behind the regulator do not contribute to the valve closing, and the emergency state remains.
Один из способов устранения описанных выше недостатков представлен в патенте RU2290682C1 от 18.07.2005 который описывает газовый редуктор, содержащий корпус с седлом и крышкой, смонтированные в корпусе настроечную часть, включающую настроечный винт с пружиной, мембрану с толкателем и редуцирующий клапан, включающий полый корпус со сквозным каналом, уплотнением и пружиной, уравновешивающую камеру, сообщенную с полостью рабочего давления корпуса при помощи указанного сквозного канала, отличающийся тем, что уравновешивающая камера образована в корпусе, а редуцирующий клапан установлен в камере с кольцевым зазором относительно ее стенки, при этом камера снабжена управляющим клапаном, в качестве пружины которого использована пружина редуцирующего клапана.One of the ways to eliminate the disadvantages described above is presented in patent RU2290682C1 dated 07/18/2005 which describes a gas reducer containing a housing with a seat and a cover, a tuning part mounted in the housing, including an adjusting screw with a spring, a diaphragm with a pusher and a pressure reducing valve, including a hollow body with through channel, seal and spring, balancing the chamber communicated with the cavity of the working pressure of the body by means of the specified through channel, characterized in that the balancing chamber is formed in the body, and the reducing valve is installed in the chamber with an annular gap relative to its wall, while the chamber is equipped with a control valve, the spring of which is the spring of the reducing valve.
Указанный редуктор содержит фактически два клапана управляющий и редуцирующий, которые включены параллельно, управляющий клапан имеет малый размер и открывается при небольшом расходе газа, при увеличении расхода газа открывается редуцирующий клапана. Такая схема позволяет частично решить задачу улучшения характеристик редуктора, так как в предложенной схеме силы, воздействующие на редуцирующий клапан, изменяются сильнее чем в схеме с разгруженным клапаном, но значительно слабее чем в обычном регуляторе, и, частично, решить проблему замерзания клапана, так как в указанной схеме отсутствует резиновое уплотнение склонное к замерзанию (указанное в схеме фторопластовое кольцо выполняет функцию направляющей, а не уплотнения и работоспособно при значительно более низких температурах), но в то же время при возникновении аварийной ситуации и замерзании клапана силы возникающие от повышения давления газа за регулятором не способствуют закрытию клапана, и аварийное состояние сохраняется. Так же существенным недостатком указанной схемы является то что редуцирующий клапан в рабочем (открытом) положении не имеет связи с пружиной, так как управляющий клапан тоже должен быть открыт для поддержания необходимого давления в уравновешивающей камере, что повышает его склонность к колебаниям, например, при наличии вибраций от другого оборудования, а также существенно расширяет диапазон автоколебательных режимов редуктора.The specified reducer actually contains two control and pressure reducing valves, which are connected in parallel, the control valve has a small size and opens at a low gas flow rate, when the gas flow rate increases, the reducing valve opens. Such a scheme allows to partially solve the problem of improving the characteristics of the reducer, since in the proposed scheme the forces acting on the reducing valve change more strongly than in the scheme with an unloaded valve, but much weaker than in a conventional regulator, and, in part, to solve the problem of valve freezing, since in the specified scheme there is no rubber seal prone to freezing (the fluoroplastic ring indicated in the scheme performs the function of a guide, not a seal and is efficient at significantly lower temperatures), but at the same time, in the event of an emergency and freezing of the valve, the forces arising from an increase in gas pressure for the regulator does not help to close the valve, and the alarm condition remains. Also, a significant drawback of this scheme is that the reducing valve in the working (open) position has no connection with the spring, since the control valve must also be open to maintain the required pressure in the balancing chamber, which increases its tendency to oscillate, for example, in the presence of vibrations from other equipment, and also significantly expands the range of self-oscillating modes of the gearbox.
Один из способов устранения описанных выше недостатков представлен в патенте EP2708970B1 от 14.09.2012, который описывает регулятор давления, содержащий корпус, в котором расположено входное отверстие для газа, имеющего входное давление, выпускное отверстие для газа, и проход, соединяющий выход с входом, поршень регулятора, расположенный в корпусе, для регулирования давления газа на выходе, перемещаясь ближе и дальше от седла регулятора давления, регулирующий упругий элемент (пружина), предназначенный для смещения регулирующего поршня в направлении от седла регулятора давления против силы газа на выходе давления, действующего на поршень регулятора в направлении к седлу регулятора давления, характеризуется тем, что проход так же подает газ на плавающий поршень, при этом плавающий поршень выполнен с возможностью перемещения в ответ на повышенное давление на входе за счет сжатия стабилизирующего упругого элемента (пружины), так что увеличение силы газа под давлением на входе действию на плавающий поршень соответствует увеличение силы стабилизирующего упругого элемента, действующего на плавающий поршень, при этом стабилизирующий упругий элемент соединен с регулирующим упругим элементом через соединительный элемент, расположенный таким образом, что сжатие стабилизирующего упругого элемента приводит к снижению давления регулирующего упругого элемента.One of the ways to eliminate the disadvantages described above is presented in the patent EP2708970B1 dated 09/14/2012, which describes a pressure regulator containing a housing in which an inlet for a gas having an inlet pressure, an outlet for gas, and a passage connecting the outlet to the inlet, a piston a regulator located in the body to regulate the outlet gas pressure, moving closer and further from the pressure regulator seat, a regulating elastic element (spring) designed to move the control piston away from the pressure regulator seat against the gas force at the outlet pressure acting on the piston regulator in the direction towards the pressure regulator seat, characterized in that the passage also supplies gas to the floating piston, while the floating piston is configured to move in response to increased inlet pressure due to compression of the stabilizing elastic element (spring), so that an increase in force gas under pressure at the inlet to the action on p The flapping piston corresponds to an increase in the force of the stabilizing resilient element acting on the floating piston, the stabilizing resilient element being connected to the regulating resilient element through a connecting element arranged in such a way that compression of the stabilizing resilient element leads to a decrease in the pressure of the regulating resilient element.
Применение подобной конструкции позволяет полностью исключить ошибку регулирования и превращает регулятор в дифференциально-интегральный. Но, в то же время, указанная конструкция обладает существенными недостатками. В конструкции применена прямая схема редуцирования, отличающаяся тем что давление газа, входящего в регулятор, открывает клапан, что ограничивает максимальный диаметр клапана, так как сила необходимая для его закрывания становится недопустимо большой. Такая схема позволяет создавать редуктора только с небольшим расходом газа или небольшим входным давлением. Так же подобная конструкция имеет все указанные выше недостатки, связанные с замерзанием. Так же подобная конструкция крайне опасна в аварийных ситуациях, так как силы, возникающие от давления газа, открывают клапан.The use of such a design allows you to completely eliminate the control error and turns the regulator into a differential-integral controller. But, at the same time, this design has significant drawbacks. The design uses a direct reduction scheme, characterized in that the pressure of the gas entering the regulator opens the valve, which limits the maximum valve diameter, since the force required to close it becomes unacceptably large. This scheme allows you to create a reducer with only a small gas flow rate or a small inlet pressure. Also, such a design has all the above-mentioned disadvantages associated with freezing. Also, such a design is extremely dangerous in emergency situations, since the forces arising from the gas pressure open the valve.
Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, являются: улучшение характеристик регулятора, в частности устранение статической ошибки регулирования, с сохранением возможности обеспечивать высокие расходы газа и высокий коэффициент редуцирования, повышение отказоустойчивости при переохлаждении деталей регулятора, повышение безопасности в аварийных ситуациях.The tasks solved by the proposed invention are: improving the characteristics of the regulator, in particular, eliminating the static regulation error, while maintaining the ability to provide high gas flow rates and a high reduction ratio, increasing fault tolerance when overcooling the parts of the regulator, increasing safety in emergency situations.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигается путем создания регулятора давления газа, включающего в себя корпус с газовым каналом высокого (входного) давления, в котором расположен редуцирующий клапан с толкателем, и газовым каналом низкого (выходного) давления, чувствительный элемент, корпус поршня-компенсатора, с газовым каналом высокого (входного) давления, в котором расположен поршень-компенсатор и задающее устройство, при этом клапан и поршень-компенсатор расположены на одной оси, по оппозитной схеме.The technical result in the proposed invention is achieved by creating a gas pressure regulator, which includes a housing with a high (inlet) pressure gas channel, in which a reducing valve with a pusher is located, and a low (outlet) pressure gas channel, a sensing element, a piston-compensator housing, with a high (inlet) pressure gas channel, in which the compensator piston and the driver are located, while the valve and the compensator piston are located on the same axis, in an opposed pattern.
Добавление в конструкцию регулятора корпуса поршня-компенсатора, с газовым каналом высокого (входного) давления и поршня-компенсатора, установленного на одной оси с клапаном, по оппозитной схеме, позволяет устранить статическую ошибку регулирования за счет того, что сила, возникающая от высокого (входного) давления, и воздействующая на клапан скомпенсирована силой, возникающей от высокого (входного) давления, и воздействующей на поршень-компенсатор, таким образом, изменение этих сил, возникающее в следствие изменения входного давления не приводит к нарушению равновесия и изменению настроек регулятора.The addition of a piston-compensator housing with a gas channel of high (inlet) pressure and a piston-compensator mounted on the same axis with the valve, according to an opposing scheme, allows to eliminate the static control error due to the fact that the force arising from a high (inlet) ) pressure, and the force acting on the valve is compensated by the force arising from the high (inlet) pressure and acting on the compensator piston, thus, the change in these forces arising from a change in the inlet pressure does not lead to an imbalance and a change in the regulator settings.
Добавление в конструкцию регулятора корпуса поршня-компенсатора, с газовым каналом высокого (входного) давления и поршня-компенсатора, установленного на одной оси с клапаном, по оппозитной схеме, так же позволяет повысить отказоустойчивость регулятора при переохлаждении, так как поршень компенсатор находится в тупиковом газовом канале и не охлаждается потоком расширяющегося газа.The addition of a piston-compensator housing with a gas channel of high (inlet) pressure and a piston-compensator mounted on the same axis with the valve, according to the opposite scheme, also makes it possible to increase the fail-safety of the regulator in case of overcooling, since the compensator piston is in a dead-end gas channel and is not cooled by the expanding gas flow.
Добавление в конструкцию регулятора корпуса поршня-компенсатора, с газовым каналом высокого (входного) давления и поршня-компенсатора, установленного на одной оси с клапаном, по оппозитной схеме, так же позволяет повысить безопасность регулятора так как, такая схема, в случае заклинивания клапана и повышения давления в газовом канале низкого давления выше расчетного, обеспечивает размыкание связи между клапаном и поршнем компенсатором, за счет того что повышенное давление воздействует на всю площадь мембраны и отжимает поршень-компенсатор, что приводит к резкому увеличению силы действующей на клапан и его закрытию.The addition of a piston-compensator body with a high (inlet) pressure gas channel and a compensator piston mounted on the same axis with the valve, according to the opposite scheme, also makes it possible to increase the safety of the regulator, since such a scheme, in the event of valve jamming and increasing the pressure in the low-pressure gas channel above the calculated one, ensures that the connection between the valve and the piston is opened by the compensator, due to the fact that the increased pressure affects the entire area of the membrane and squeezes the compensator piston, which leads to a sharp increase in the force acting on the valve and its closure.
Предложенная схема регулятора давления газа, включающего в себя корпус с газовым каналом высокого (входного) давления, в котором расположен редуцирующий клапан с толкателем, и газовым каналом низкого (выходного) давления, чувствительный элемент, корпус поршня-компенсатора, с газовым каналом высокого (входного) давления, в котором расположен поршень-компенсатор и задающее устройство, при этом клапан и поршень-компенсатор расположены на одной оси, по оппозитной схеме, не накладывает ограничений на размеры клапана, так как сила, возникающая от высокого (входного) давления, и воздействующая на клапан скомпенсирована силой, возникающей от высокого (входного) давления, и воздействующей на поршень-компенсатор следовательно увеличение размеров не приводит к увеличению неуравновешенных сил, что позволяет использовать регулятор для больших расходов газа и больших коэффициентов редуцирования.The proposed scheme of a gas pressure regulator, which includes a housing with a high (inlet) pressure gas channel, in which a reducing valve with a pusher is located, and a low (outlet) pressure gas channel, a sensing element, a piston-compensator housing, with a high (inlet) gas channel ) pressure, in which the compensator piston and the driving device are located, while the valve and the compensator piston are located on the same axis, according to the opposite scheme, does not impose restrictions on the valve size, since the force arising from the high (inlet) pressure and acting on the valve is compensated by the force arising from the high (inlet) pressure and acting on the piston-compensator; therefore, the increase in size does not lead to an increase in unbalanced forces, which allows the regulator to be used for high gas flow rates and large reduction ratios.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by the following description and drawings, where:
Фиг. 1 - регулятор давления газаFIG. 1 - gas pressure regulator
Регулятор давления газа (Фиг. 1) состоит из корпуса (1) с газовым каналом высокого (входного) давления (2) и газовым каналом низкого (выходного) давления (3), в котором расположен редуцирующий клапан (4) с толкателем (5), чувствительного элемента (6), корпуса поршня-компенсатора (7) с газовым каналом высокого (входного) давления (8) в котором расположен поршень-компенсатор (9) и задающего устройства (10).The gas pressure regulator (Fig. 1) consists of a body (1) with a high (inlet) pressure gas channel (2) and a low (outlet) pressure gas channel (3), in which a reducing valve (4) with a pusher (5) is located , a sensing element (6), a piston-compensator housing (7) with a high (inlet) pressure gas channel (8) in which a piston-compensator (9) is located, and a driver (10).
Регулятор давления газа (Фиг. 1) работает следующим образом: в газовый канал высокого давления (2) подается сжатый газ, источником газа может служить баллон, рампа баллонов, емкость со сжиженным газом и т.п. При отсутствии воздействия на задающее устройство (10) редуцирующий клапан (4) герметично закрыт. Клапан (4) может закрываться усилием, которое создается пружиной, установленной под клапаном или усилием, которое возникает от давления газа, при отсутствии пружины, или их суммой. Для начала работы регулятора и получения пониженного давления в газовом канале низкого давления (3), с помощью задающего устройства (10) создают усилие которое передается на чувствительный элемент (6) и далее через толкатель (5) на клапан (4) после того как усилие от задающего устройства (10) превысит усилие, от пружины и(или) давления газа, закрывающее клапан, клапан открывается. Задающее устройство (10) может быть выполнено в виде пружины которая зажимается винтом, а также может быть пневматическим или гидравлическим. Чувствительный элемент (6) может быть выполнен в виде мембраны из мягкого материала, например, резино-тканевой мембраны, металлической мембраны или поршня. После открытия клапана, газ из канала 2 начинает поступать в канал 3, давление в канале 3 повышается и создает усилие, действующее на чувствительный элемент (6) в противоположном направлении, по отношению к усилию задающего устройства (10). При достижении необходимого давления в канале (3) усилие, возникающее на чувствительном элементе (6) от давления газа, уравновешивает усилие задающего устройства (10) и клапан (4) закрывается. При начале отбора газа из канала (3) потребителем давление падает, усилие от давления на чувствительном элементе (6) уменьшается и клапан (4) открывается на которую величину, образуя зазор, через который газ из канала (2) поступает в канал (3) в количестве достаточном для поддержания давления газа в канале (3). Таким образом система находится в равновесии, на нее действуют силы, закрывающие клапан (пружины и давления газа), сила, создающаяся задающим устройством и сила, возникающая от давления газа на чувствительный элемент. При изменении настроек задающего устройства повышается или уменьшается давление в канале (3). При изменении расхода газа давление в канале 3 повышается или понижается, система на короткий срок выходит из равновесия, изменяется зазор, через который газ поступает из канала (2) в канал (3) и за счет этого давление восстанавливается, и система снова возвращается в равновесие, при этом возникает некоторая ошибка, связанная с жесткостью пружин, и давление, в новой точке равновесия, незначительно отличается от установленного.The gas pressure regulator (Fig. 1) works as follows: compressed gas is supplied to the high-pressure gas channel (2), the gas source can be a cylinder, a cylinder ramp, a container with liquefied gas, etc. In the absence of influence on the driver (10), the reducing valve (4) is hermetically closed. The valve (4) can be closed by the force generated by the spring installed under the valve or by the force generated by the gas pressure, in the absence of the spring, or by their sum. To start the operation of the regulator and obtain a reduced pressure in the low-pressure gas channel (3), a force is created using the driver (10), which is transmitted to the sensitive element (6) and then through the pusher (5) to the valve (4) after the force from the driver (10) will exceed the force, from the spring and (or) gas pressure, closing the valve, the valve opens. The driving device (10) can be made in the form of a spring that is clamped by a screw, and can also be pneumatic or hydraulic. The sensing element (6) can be made in the form of a membrane made of a soft material, for example, a rubber-fabric membrane, a metal membrane or a piston. After opening the valve, gas from
При изменении давления газа на входе в регулятор, подающегося в канал (2), происходящего, например, из-за опустошения емкости с газом, изменяется сила закрывающая клапан (4), возникающая от давления газа, что приводит к смещению равновесия и изменению давления на выходе, в канале (3), при больших размерах клапана (4), сила, возникающая от давления газа существенна и ее изменение, приводит к значительному смещению равновесия и изменению давления газа на выходе. Для устранения этого эффекта предложенный регулятор снабжен поршнем-компенсатором (9) на который через канал (8) подается тоже давление что и на клапан (4) через канал (2). Так как клапан (4) и поршень-компенсатор (9) расположены на одной оси, оппозитно друг другу силы, возникающие от давления газа на них взаимно скомпенсированы, при изменении давления газа на входе в регулятор эти силы изменяются одновременно и на одинаковую величину, не выводя регулятор из состояния равновесия, что устраняет ошибку регулирования, возникающую от изменения входного давления газа.When the gas pressure at the inlet to the regulator, supplied to the channel (2), changes, for example, due to the emptying of the container with gas, the force that outlet, in channel (3), with large valve (4) dimensions, the force arising from the gas pressure is significant and its change leads to a significant displacement of the equilibrium and a change in the gas pressure at the outlet. To eliminate this effect, the proposed regulator is equipped with a compensator piston (9) to which through channel (8) the same pressure is supplied as to valve (4) through channel (2). Since the valve (4) and the piston-compensator (9) are located on the same axis, opposite to each other the forces arising from the gas pressure on them are mutually compensated, when the gas pressure at the inlet to the regulator changes, these forces change simultaneously and by the same amount, not bringing the regulator out of equilibrium, which eliminates the regulation error arising from a change in the inlet gas pressure.
При использовании регуляторов наиболее частой аварийной ситуацией является заклинивание клапана, в результате чего давление в канале (3) существенно повышается, вплоть до выравнивания с давлением в канале (2). К заклиниванию клапана может приводить его замерзание, из-за охлаждения потоком расширяющегося газа, в частности при расширении, из газа может сконденсироваться вода, и после попав на холодный клапан замерзнуть, так же клапан может заклинить из-за механических загрязнений и твердых частиц и по другим причинам. Предложенный регулятор отличается повышенным уровнем безопасности, по сравнению с описанными аналогами, и имеет возможность к самоустранению подобных аварийных ситуаций, это связано с тем что при нормальной работе регулятора сила возникающая на клапане от давления газа скомпенсирована поршнем-компенсатором, но при возникновении аварийной ситуации, давление в канале (3) возрастает, усилие на чувствительном элементе увеличивается и за счет этого размыкается связь между клапаном и поршнем-компенсатором, что приводит к резкому увеличению силы действующей на клапан, которой, как правило достаточно для того что бы переместить его. В результате клапан закрывается, с некоторым превышением давления в канале (3).When using regulators, the most common emergency situation is valve jamming, as a result of which the pressure in the channel (3) increases significantly, up to equalization with the pressure in the channel (2). Freezing of the valve can lead to seizure of the valve, due to cooling by the flow of expanding gas, in particular during expansion, water can condense from the gas, and after hitting the cold valve freeze, the valve can also jam due to mechanical impurities and solid particles and other reasons. The proposed regulator is distinguished by an increased level of safety, in comparison with the described analogs, and has the ability to self-eliminate such emergencies, this is due to the fact that during normal operation of the regulator, the force arising on the valve from the gas pressure is compensated by the compensator piston, but in the event of an emergency, the pressure in channel (3) increases, the force on the sensitive element increases and due to this, the connection between the valve and the compensating piston is opened, which leads to a sharp increase in the force acting on the valve, which is usually sufficient to move it. As a result, the valve closes, with some excess pressure in channel (3).
Площадь поршня-компенсатора, на которую воздействует давление, может быть равна площади клапана, на которую воздействует давление, в таком случае силы равны и система полностью уравновешена, а клапан закрывается только усилием пружины. Так же, площадь поршня-компенсатора, на которую воздействует давление может быть меньше площади клапана, на которую воздействует давление, в таком случае система скомпенсирована не полностью и по своим характеристикам эквивалентна системе с клапаном меньшего размера, но позволяет обеспечить больший расход газа.The area of the compensator piston, on which the pressure acts, can be equal to the area of the valve, on which the pressure acts, in which case the forces are equal and the system is completely balanced, and the valve is closed only by the force of the spring. Also, the area of the piston-compensator, on which the pressure acts, may be less than the area of the valve, on which the pressure acts; in this case, the system is not fully compensated and in its characteristics is equivalent to the system with a smaller valve, but allows for a higher gas flow rate.
По результатам экспериментов установлено что площадь поршня-компенсатора целесообразно выбирать в зависимости от входного давления и способа уплотнения клапана. При низких входных давлениях, до 1…1,6 МПа, используется мягкий уплотнитель из резины, представляющий собой, например, резиновое кольцо круглого сечения, установленное в клапан или седло клапана, в таком случае усилия пружины достаточно для закрытия клапана и наиболее оптимальным будет равенство площадей или незначительное уменьшение площади компенсатора. Рациональный диапазон можно обозначить как Sкомп = 1…0,9Sкл. При средних входных давлениях, от 1…1,6 до 10 МПа, используется уплотнитель из жесткой резины, в таком случае усилия пружины может не хватить для закрытия клапана, особенно при максимальном давлении и площадь компенсатора должна быть меньше площади клапана, рациональный диапазон можно обозначить как Sкомп = 0,9…0,8Sкл. При высоком входном давлении в качестве уплотнителя используется фторопласт или другие твердые полимеры, в таком случае усилия пружины гарантированно не хватит для закрытия клапан и площадь компенсатора должна быть меньше площади клапана, рациональный диапазон можно обозначить как Sкомп = 0,8…0,5Sкл. В некоторых случаях пружина клапана отсутствует в конструкции, в таком случае площадь компенсатора должна быть меньше площади клапана, рациональный диапазон можно обозначить как Sкомп = 0,8…0,5Sкл. Дальнейшее уменьшение компенсатора, сильнее чем Sкомп = 0,5Sкл, не рационально, так как эффект становится незначительным.According to the results of the experiments, it was found that the area of the compensator piston should be selected depending on the inlet pressure and the method of valve sealing. At low inlet pressures, up to 1 ... 1.6 MPa, a soft rubber seal is used, which is, for example, a rubber O-ring installed in the valve or valve seat, in this case the spring force is sufficient to close the valve and equality will be most optimal areas or a slight decrease in the area of the compensator. The rational range can be designated as S comp = 1 ... 0.9S class . At average inlet pressures, from 1 ... 1.6 to 10 MPa, a hard rubber seal is used, in which case the spring force may not be enough to close the valve, especially at maximum pressure and the area of the compensator should be less than the area of the valve, the rational range can be designated as S comp = 0.9 ... 0.8S class . At a high inlet pressure, fluoroplastic or other solid polymers are used as a seal, in which case the spring force is guaranteed not to be enough to close the valve and the area of the compensator should be less than the area of the valve, the rational range can be designated as S comp = 0.8 ... 0.5S cells ... In some cases, the valve spring is absent in the design, in which case the area of the compensator should be less than the area of the valve, the rational range can be designated as S comp = 0.8 ... 0.5S cl . Further reduction of the compensator, stronger than S comp = 0.5S cells , is not rational, since the effect becomes insignificant.
Таким образом, в заявленном устройстве, за счет того, что регулятор давления газа включает в себя корпус с газовым каналом высокого (входного) давления и газовым каналом низкого (выходного) давления, в котором расположен редуцирующий клапан с толкателем, чувствительный элемент, корпус поршня-компенсатора с газовым каналом высокого (входного) давления в котором расположен поршень-компенсатор и задающее устройство, и, при этом клапан и поршень-компенсатор расположены на одной оси, по оппозитной схеме, достигается улучшение характеристик регулятора, в частности устранение статической ошибки регулирования, с сохранением возможности обеспечивать высокие расходы газа и высокий коэффициент редуцирования, обеспечивается повышение отказоустойчивости при переохлаждении деталей регулятора, повышение безопасности в аварийных ситуациях и достигается заявленный технический результат.Thus, in the claimed device, due to the fact that the gas pressure regulator includes a housing with a high (inlet) pressure gas channel and a low (outlet) pressure gas channel, in which a pressure reducing valve with a pusher is located, a sensing element, a piston body - compensator with a high (inlet) pressure gas channel in which the compensator piston and the driver are located, and, while the valve and the compensator piston are located on the same axis, according to the opposite scheme, an improvement in the characteristics of the regulator is achieved, in particular, the elimination of the static control error, with maintaining the ability to provide high gas flow rates and a high reduction coefficient, an increase in fault tolerance during overcooling of the regulator parts is ensured, an increase in safety in emergency situations and the claimed technical result is achieved.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105039A RU2755934C1 (en) | 2021-04-03 | 2021-04-03 | Gas pressure regulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021105039A RU2755934C1 (en) | 2021-04-03 | 2021-04-03 | Gas pressure regulator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2755934C1 true RU2755934C1 (en) | 2021-09-23 |
Family
ID=77852082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021105039A RU2755934C1 (en) | 2021-04-03 | 2021-04-03 | Gas pressure regulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2755934C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2290682C1 (en) * | 2005-07-18 | 2006-12-27 | Закрытое акционерное общество Производственное объединение "Джет" | Gas reducer |
| US8459297B2 (en) * | 2009-07-02 | 2013-06-11 | Tescom Corporation | Balanced valve cartridge |
| US9223320B2 (en) * | 2012-09-14 | 2015-12-29 | Gce Holding Ab | Pressure regulator |
-
2021
- 2021-04-03 RU RU2021105039A patent/RU2755934C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2290682C1 (en) * | 2005-07-18 | 2006-12-27 | Закрытое акционерное общество Производственное объединение "Джет" | Gas reducer |
| US8459297B2 (en) * | 2009-07-02 | 2013-06-11 | Tescom Corporation | Balanced valve cartridge |
| RU2528220C2 (en) * | 2009-07-02 | 2014-09-10 | Теском Корпорейшн | Balanced insert valve |
| US9223320B2 (en) * | 2012-09-14 | 2015-12-29 | Gce Holding Ab | Pressure regulator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10678274B2 (en) | Adjustable deadband control system | |
| CN102257449B (en) | For the internal relief valve apparatus of load governor | |
| US7134447B2 (en) | Gas pressure regulator | |
| US4471802A (en) | Pressure regulator assembly with improved cartridge | |
| WO2010031401A1 (en) | Fluid regulator | |
| EP2689169B1 (en) | Bonnet apparatus for use with fluid regulators | |
| CN102985730A (en) | Valve stem and valve plug apparatus for use with fluid regulators | |
| US5487405A (en) | Flow control valve having flow adjustable by variable ring | |
| US7353834B2 (en) | Variable rate pressure regulator | |
| JP2015532479A (en) | Upstream detection for balance port | |
| US5301713A (en) | Flow control valve having adjustable piston for varying flow rate | |
| US20040065368A1 (en) | Internally piloted dome loaded regulator | |
| RU2755934C1 (en) | Gas pressure regulator | |
| US2212709A (en) | Fluid flow regulator | |
| EP3108320B1 (en) | Balanced regulator having a balanced trim including a variable pressure sense area | |
| US8091580B2 (en) | Pilot switch | |
| US5280805A (en) | Flow control valve having adjustable sleeve for varying flow rate | |
| US5542417A (en) | Pressure regulating unit for supplying a pressurized fluid from alternative supply lines | |
| EP3532745B1 (en) | Spring seat vibration damper apparatus for use with pressure regulators | |
| US20210003151A1 (en) | Hydraulic Pressure Regulator and Method of Use | |
| GB2298026A (en) | Pressure reducing valve | |
| US4044792A (en) | Diaphragm operated pressure regulator | |
| CN114198545A (en) | Two-stage pressure reducing valve | |
| JP2007280034A (en) | Pressure governing device | |
| US3521658A (en) | Fluid pressure regulator |