SU1078411A1

SU1078411A1 - Gas pressure regulator

Info

Publication number: SU1078411A1
Application number: SU823477934A
Authority: SU
Inventors: Николай Николаевич Расчетнов
Original assignee: Предприятие П/Я А-7114
Priority date: 1982-08-03
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1984-03-07

Abstract

РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА, содержащий корпус с входной и выходной полост ми, между которыми установлен первый регулирующий орган, св занный с толкателем, первый и второй чувствительные элементы, парвый из которых выполнен в виде установленного в выходной полости дифференциального поршн , а второй - в виде цилиндрического поршн , соосно установленного внутри дифференциального и образующего в нем первую и вторую полости, второй регулирующий орган, установленный между управл ющей полостью и второй полостью и св занный с цилиндрическим поршнем, а полость, образованна ступен ми дифференциального поршн , сообщена с атмосферой, отличающийс тем, что, с целью повышени точности и динамической устойчивости, в нем цилиндрический поршень св зан с толкателем, перва полость сообщена с атмосферой, втора полос;ть с полостью, образованной ступен ми дифференциального поршн , в котором во второй полости выполнена опорна g поверхность дл ограничени перемещени цилиндрического поршн , причем площадь цилиндрического поршн равна разности площадей большей и меньшей ступеней дифференциального поршн .A GAS PRESSURE REGULATOR, comprising a housing with inlet and outlet cavities, between which the first regulating member associated with the pusher, the first and second sensing elements are installed, some of which are designed as a differential piston installed in the outlet cavity, and the second is in the form of a cylindrical a piston coaxially installed inside the differential cavity and forming in it the first and second cavities, the second regulating member installed between the control cavity and the second cavity and connected to the cylindrical The kim piston and the cavity formed by the steps of the differential piston communicate with the atmosphere, characterized in that, in order to increase accuracy and dynamic stability, there is a cylindrical piston connected to the pusher, the first cavity communicates with the atmosphere, the second lanes; formed by the steps of the differential piston, in which a supporting g surface is made in the second cavity to limit the movement of the cylindrical piston, and the area of the cylindrical piston is equal to the area difference greater and smaller differential piston stages.

Description

0000

4;four;

Изобретение относитс к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах регулировани давлени .The invention relates to pneumatic automation and can be used in pressure control systems.

Известен регул тор давлени газа , содержащий корпус с входной и выходной полост ми, между которыми установлен регулирую1дий орган, св занный через толкатель с чувстви-тельным элементом, выполненным в виде дифференциального поршн , св ,занного меньшей ступенью с задатчиком усили Дл создани корректирующего воздействи на чувствительный элемент за регулирующим органом на пути газового потока установлен заборник, в котором поток тормозитс . Повышенное давление из заборника передаетс в полость, образованную ступен ми поршн Cl3.A gas pressure regulator is known, comprising a housing with inlet and outlet cavities, between which a regulating organ is mounted, connected through a pushrod with a sensitive element made in the form of a differential piston connected with a smaller step with a force adjuster. A sensing element behind the regulator in the path of the gas stream is installed inlet, in which the flow is inhibited. The increased pressure from the intake is transferred to the cavity formed by the steps of the piston Cl3.

В св зи с тем, что корректирующее воздействие измен етс только по мере перемещени затвора в расходом режиме и нелинейно зависит от этого перемещени , а также от входного давлени , необходима точность регул тора не обеспечиваетс .Due to the fact that the corrective action changes only as the shutter moves in the flow mode and depends nonlinearly on this movement, as well as on the input pressure, the accuracy of the regulator is not ensured.

Известен также регул тор давлени , содержащий корпус с входной и выходной полост ми, первый и второй чувствительные элементы, св занные с первым и вторым регулирующими органами соответственно.Первый чувствительный элемент выполнен в виде ступенчатого поршн и св зан меньшей ступенью с задатчиком усили . Полость между ступен ми поршн , сообщенна с атмосферой, соединена через второй регулирующий орган с выходной полостью 2.A pressure regulator is also known, comprising a housing with inlet and outlet cavities, first and second sensing elements associated with the first and second regulators, respectively. The first sensing element is designed as a stepped piston and is connected in a smaller step with the force adjuster. The cavity between the stages of the piston, in communication with the atmosphere, is connected through the second regulating member to the output cavity 2.

Повышение точности этого регул тора в системах газоснабжени достигаетс за счет подключени к нему интегрирующего звена. Однако часто интегр1 рующее звено вызывает автоколебательный процесс недопустимой интенсивности, при котором регул то и вс система становитс полностью неработоспособными.Improving the accuracy of this controller in gas supply systems is achieved by connecting an integrator to it. However, often the integrating link causes a self-oscillating process of unacceptable intensity, at which the control and the whole system becomes completely inoperative.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс регул тор давлени газа, содержащий корпус с входной и выходной полост ми , между которыми установлен первый регулирую1дий орган, св занный с толкателем, первый и второй чувствительные элементы, первый из которых выполнен в виде установленного в выходной полости дифференциального поршн , а второй - в виде цилиндрического поршн , соосно установленного внутри дифференциального и образующего в нем первую и вторую полости, второй регулирующий орган, установленный между управл ющей полостью и второй полостью и св занный с цилиндрическим поршнем, а полость , образованна ступен ми дифференциального поршн через второй регулируюш,ий орган сообщена с атмосферой , причем между первой и выходной полост ми установлена мембрана , св занна с цилиндрическим поршнем , который установлен на упругом элементе f3 J.The closest to the technical essence of the invention is a gas pressure regulator, comprising a housing with inlet and outlet cavities, between which the first regulator body associated with the pusher, the first and second sensing elements, the first of which is designed as installed in the outlet the cavity of the differential piston, and the second - in the form of a cylindrical piston, coaxially installed inside the differential and forming in it the first and second cavities, the second regulator installed between the pack The secondary cavity and the second cavity are connected to the cylindrical piston, and the cavity formed by the steps of the differential piston is connected to the atmosphere through the second regulating organ, the membrane connected to the first cavity and the output cavity is mounted on the cylindrical piston. elastic element f3 J.

НедостатТ Ъм известного устройства вл етс то, что дл повышени его точности, т.е. уменьшени остаточной неравномерности, необходимо подключать к нему интегрирующее звено, которое на лшогих системах газоснабжени вызывает автоколебательный процесс, привод щий к потере устойчивости рюгул тора,The disadvantage of the known device is that in order to increase its accuracy, i.e. reduction of residual non-uniformity, it is necessary to connect to it an integrating link, which on a large gas supply system causes a self-oscillatory process, leading to a loss of stability of the regulator,

Цель изобретени - повышение точности и динамической устойчивости регул тора.The purpose of the invention is to improve the accuracy and dynamic stability of the controller.

Поставленна цель достигаетс тем, что в регул торе давлени , содержащем корпус с входной и выходной полост ми, между которыми установлен первый регулирующий орган, св занный с толкателем, первый и второй чувствительные элементы, первый из которых выполнен в виде установленного в выходной полости дифференциального поршн , а второй в виде цилиндрического поршн , соосно установленного внутри дифференциального и образующего в нем первую и вторую полости, второй регулирующий орган, установленный между управл ющей полостью и второй полостью и св занный с цилиндрическим поршнем, а полость, образованна ступен ми дифференциального порн , сообщена с атмосферой, цилиндрический поршень св зан с толкателем, перва полость сообщена с атмосферой , втора полость --с полостью, образованной ступен- ми дифференциалного поршн , в котором во второй полости выполнена опорна поверхность дл ограничени перемещени цилиндрического поршн , причем площадь цилиндрического поршн равна разности площадей большей и меньшей ступеней дифференциального поршн .The goal is achieved by the fact that in a pressure regulator comprising a housing with inlet and outlet cavities between which a first regulating member connected to the pusher is installed, the first and second sensing elements, the first of which is designed as a differential piston installed in the outlet cavity , and the second in the form of a cylindrical piston, coaxially mounted inside the differential and forming in it the first and second cavities, the second regulating member, installed between the control cavity and the second associated with the cylindrical piston, and the cavity formed by the steps of the differential porn is connected to the atmosphere, the cylindrical piston is connected to the pusher, the first cavity is connected to the atmosphere, the second cavity is connected to the cavity formed by the steps of the differential piston, in which In the second cavity, a support surface is made to limit the movement of the cylindrical piston, and the area of the cylindrical piston is equal to the difference of the areas of the larger and smaller stages of the differential piston.

На чертеже изображен регул тор давлени газа.The drawing shows a gas pressure regulator.

Регул тор состоит из корпуса 1 с входной 2 и выходной 3 полОст ivui , первого регулирующего органа затвора 4 и седла 5, Толкатель 6 св зывает затвор 4 с цилиндрическим поршнем 7, размещенным в дифференциальном поршне 8 и образующим в нем первую 9 и вторую 10 полости. Перегородка 11 герметично разобщает первую полость 9 от рабочей среды , а канал 12 сообщает эту полость с атмосферой. Второй регулирующий орган-затвор 13 и седло 14 измен ют приток среды из управл ющей полости 15 во вторую полость 10, св занную через канал 16 с полосtbro 17 между ступен ми дифференциального поршн 8. Дроссель 18 обеспечивает отток среды из полости 17 в атмосферу. Опорна поверхность А ограничивает перемещение поршн 7, обеспечива при этом жесткую св зь затвора 4 через толкатель б, цилиндрический поршень 7 с дифференциальным поршнем 8. Управл юща полость 15, заполненна газом с давлением вл етс задатчиком усили на меньшую ступень дифференциального поршн 8. Пружины 19 и 20 поджимают затворы 4 и 13 к своим седлам 5 и 14. Шток 21 обеспечивает св зь затвора 13 с поршнем 7.The regulator consists of a housing 1 with an input 2 and output 3 polOS ivui, the first regulator of the valve 4 and the seat 5, the Pusher 6 connects the valve 4 with a cylindrical piston 7 placed in the differential piston 8 and forming in it the first 9 and second 10 cavities . The partition 11 hermetically separates the first cavity 9 from the working environment, and the channel 12 communicates this cavity with the atmosphere. The second regulating valve body 13 and the saddle 14 change the flow of the medium from the control cavity 15 into the second cavity 10 connected via a channel 16 to the strip 17 between the steps of the differential piston 8. The choke 18 provides the outflow of the environment from the cavity 17 to the atmosphere. The support surface A limits the movement of the piston 7, thereby providing a rigid connection between the bolt 4 through the push rod b, the cylindrical piston 7 with the differential piston 8. The control cavity 15 filled with gas with pressure is the force adjuster for the smaller differential piston level 8. Springs 19 and 20 pressing the closures 4 and 13 against their seats 5 and 14. The rod 21 provides the connection of the gate 13 with the piston 7.

Регул тор давлени газа работает следующим образом.The gas pressure regulator operates as follows.

В исходном положении регул тора затворы 4 и 13 поджаты к своим седлам и толкатель -6 осевым усилием не нагружен.In the initial position of the regulator, the valves 4 and 13 are pressed against their saddles and the pusher -6 is not loaded with axial force.

При подаче давлени в управл ющую полость 15 и входного давлени во входную полость 2 дифференциальный поршень 8 начинает перемещатьс . Но так как усилие пружины 19 значительно превышает усилие пружины 20, толкатель 6 и поршень 7 остаютс неподвижными до тех пор, пока поршень 7 не войдет в контакт с опорной поверхностью А, после чего начнет действовать жестка св зь затвора 4 с дифференциальным поршнем 8. Затвор 4 отжимаетс от седла 5 и газ из входной полости 2 перетекает в выходную полость 3. В это же врем среда из управл ющей полости 15 через кольцевой зазор между затвором 13 и седлом 14 перетекает во вторую полость 10 и по каналу 16 в полость 17. Давление во второй полости 10 будет возрастать до тех пор, пока усилие от его воздействи на поршень 7 не сравн етс с усилием со стороны затвора 4 передающимс толкателем б, и с усилием давлени в выходной полости 3 на толкатель. По достижении такого давлени в полости 10 поршень 7 переместитс вниз, затвор 13 в достаточной мере перекроет седло 14, и жестка механическа св зь поршней и 8 заменитс пневматической, котора будет существовать на весь процесс регулировани . Давление в полоти 17, равное давлению в полости 10 будет воздействовать на кольцевую площадь а F и при равенстве площади поршн 7, полностью компенсировать усилие со стороны затвора 4 и толкател 6. В процессе регулировани вс кому изменению усили соWhen pressure is applied to the control cavity 15 and the input pressure to the input cavity 2, the differential piston 8 begins to move. But since the force of the spring 19 significantly exceeds the force of the spring 20, the pusher 6 and the piston 7 remain stationary until the piston 7 comes into contact with the supporting surface A, after which the rigid connection of the gate 4 with the differential piston 8 begins to work. 4 is pressed from the seat 5 and the gas from the inlet cavity 2 flows into the output cavity 3. At the same time, the medium from the control cavity 15 through the annular gap between the shutter 13 and the saddle 14 flows into the second cavity 10 and through the channel 16 into the cavity 17. Pressure in the second cavity 10 will be in grow until the force from its action on the piston 7 is comparable with the force on the side of the bolt 4 transmitted by the pusher b, and with the force of the pressure in the output cavity 3 on the pusher. Upon reaching such a pressure in the cavity 10, the piston 7 will move downwards, the shutter 13 will sufficiently overlap the seat 14, and the rigid mechanical connection of the pistons and 8 will be replaced by a pneumatic one that will exist for the entire control process. The pressure in the canal 17, equal to the pressure in the cavity 10, will act on the annular area a F and, with equal area of the piston 7, fully compensate the force from the gate 4 and the pusher 6. In the process of controlling all changes

стороны затвора 4, св занному с герметизацией седла, деформацией пружины 19, изменением входного давлени , реактивной силой и силой трени , будет соответствовать изменение давлени в полост х 10 и 17 и компенсаци измен ющихс усилий на подвижную систему регул тора.The sides of the bolt 4 associated with sealing the saddle, the deformation of the spring 19, the change in the input pressure, the reactive force and the frictional force will correspond to the change in pressure in the cavities 10 and 17 and the compensation of the varying forces on the movable regulator system.

При этом уменьшение давлени в этих полост х обусловлено оттокомAt the same time, the decrease in pressure in these cavities is due to the outflow of

среды через дроссель 18, а увеличение - притоком через сед.по 14 . Канал 12 обеспечивает отток среды из первой полости 9, натекающей по неплотност м материалов и герметизирующих элементов.Wednesday through the throttle 18, and the increase - the inflow through sed.po 14. Channel 12 provides the outflow of the medium from the first cavity 9, flowing through the leaks of materials and sealing elements.

Суть изобретени состоит во введении в систему автоматического регулировани давлени дополнительного контура - след ющей подсистемы,The essence of the invention consists in introducing into the system of automatic pressure control an additional circuit - the following subsystem,

входом дл которой вл етс усилие на толкателе, а выходом - усилие на дифференциальном поршне. При этом коэффициент усилени подсистек - 1,the input to which is the force on the pusher, and the output to the force on the differential piston. At the same time, the sub-gain gain factor is 1,

где 4F - разностьwhere 4F is the difference

мыwe

пP

площадей большей- и меньшей ступенейareas of greater and lesser degrees

дифференциального поршн , F - площадь цилиндрического поршн .differential piston; F is the area of the cylindrical piston.

4F4F

1 отражает 1 reflects

СоотношениеRatio

трудности реализации абсолютного равенства площадей ДК и F, с учетом посадок и номинальных диаметров деталей , что необходимо учитывать при изготовлении регул тора. При ft 1 будет недостаточность компенсации, а при К 1 - избыточность. Чем ближеthe difficulties of implementing the absolute equality of areas DK and F, taking into account landings and nominal diameters of parts, which must be considered when making the controller. At ft 1, there will be a lack of compensation, and at K 1, there will be redundancy. The closer

отношение к 1, тем будет вышеrelation to 1, those will be higher

п точность регул тора.n accuracy of the regulator.

Таким образом, в регул торе при стабильном управл ющем давлении все изменени усилий на подвижной системе со стороны клапана компенсируютс . Вследствие непосредственной реакции поршн 7 на давление в полост х 10 и 17 перенасыщение этих полостей и св занное с ним перерегулирование исключаютс , т-еГ точность регул тора повышаетс .Thus, in a regulator with a stable control pressure, all changes in the forces on the moving system from the valve side are compensated. Due to the direct reaction of the piston 7 to the pressure in the cavities 10 and 17, the supersaturation of these cavities and the associated overshoot are eliminated, ie the accuracy of the regulator increases.

Замена интегрирующего звена на след щую систему, не допускающую чрезмерное опораживание и наполнение полости 17, способствует повышению динамической устойчивости регул тора , особенно при малых выходньих объемах систем И малых расходах.Replacing the integrator with the following system, which prevents excessive emptying and filling of the cavity 17, contributes to an increase in the dynamic stability of the regulator, especially at low output volumes of the systems and low flow rates.

Использование изобретени позвол ет повысить точность регулировани давлени в системах газоснабжени ,The use of the invention improves the accuracy of pressure control in gas supply systems,

уменьшить веро тность автоколебаний систем.reduce the likelihood of system self-oscillations.

Claims

A GAS PRESSURE REGULATOR, comprising a housing with an inlet and an outlet cavity, between which a first regulatory body is connected, connected with a pusher, first and second sensing elements, the first of which is made in the form of a differential piston installed in the outlet cavity, and the second - in the form of a cylindrical piston, coaxially installed inside the differential and forming the first and second cavities in it, the second regulatory body installed between the control cavity and the second cavity and connected with the cylindrical pore a screw, and the cavity formed by the steps of the differential piston is connected to the atmosphere, characterized in that, in order to increase accuracy and dynamic stability, the cylindrical piston is connected to the pusher, the first cavity is connected to the atmosphere, the second ποχοςτΗ with the cavity formed by the steps of the differential piston , in which a supporting surface g is made in the second cavity to limit the movement of the cylindrical piston, and the area of the cylindrical piston is equal to the difference between the areas of the larger and smaller stages of the differential ferential piston.

o m □ o