RU2058039C1

RU2058039C1 - Gas pressure control device

Info

Publication number: RU2058039C1
Application number: RU93011274/09A
Authority: RU
Inventors: н Р.Е. Агабаб; Р.Е. Агабабян; В.М. Кочермин
Original assignee: Агабабян Размик Енокович
Priority date: 1993-03-02
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: automatic control. SUBSTANCE: gas pressure control device has connecting unit with inlet and outlet cavities communicating, respectively, with inlet and outlet connections with seat of shut-off and control valve located between them; shut-off valve stem is spring-loaded towards its seat; device also has control unit with setting and control cavities with control unit diaphragm inbetween, loaded with setting spring and joined with control valve stem; setting cavity communicates with atmosphere through discharge pipe union and control cavity is connected to output pressure pulse union; safety unit with diaphragm has additional diaphragm mounted in safety unit and directly joined with shut-off valve stem; space under safety unit diaphragm communicates with that under additional diaphragm. Shut-off valve stem has length 5-8 times greater than height of setting spring and 4-5 times greater than its diameter; pipe unions are provided with damping throttles. As an alternative, damping throttles may be made in the form of plates of flexible material with radial cuts. Gas pressure control device may be also provided with control valve having damping spring. EFFECT: improved operating reliability of device. 6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть применено в системах газоснабжения природным или сжиженным газом промышленных и коммунальных потребителей. The invention relates to techniques for automatic regulation and can be applied in gas supply systems for natural or liquefied gas to industrial and municipal consumers.

Известно, что обязательным требованием по безопасности эксплуатации систем газоснабжения является установка предохранительных устройств вместе с регуляторами давления. Это требование осуществляется, в основном, установкой отдельных приборов: собственно регуляторов давления и предохранительных отсечных клапанов, которые размещаются непосредственно перед регулятором давления. It is known that the mandatory requirement for the safe operation of gas supply systems is the installation of safety devices together with pressure regulators. This requirement is carried out mainly by the installation of individual devices: the pressure regulators themselves and the safety shut-off valves, which are located directly in front of the pressure regulator.

Недостатком такой раздельной установки газовых приборов является сложная регулировка для обеспечения согласованности в работе приборов, а также дополнительные затраты по врезке каждого прибора в контролируемый участок газопровода и их эксплуатационное обслуживание. The disadvantage of such a separate installation of gas appliances is the difficult adjustment to ensure consistency in the operation of the devices, as well as the additional costs of inserting each device into a controlled section of the gas pipeline and their maintenance.

Известны также комбинированные приборы, сочетающие регулятор давления (регулирующий узел), предохранительный отсечной клапан (узел) и соединительный узел [2]
Недостатком этого технического решения является размещение седла регулирующего клапана и седла предохранительного отсечного клапана в разных каналах для потока газа, что усложняет конструкцию и не обеспечивает необходимой надежности.Combined devices are also known that combine a pressure regulator (regulating unit), a safety shut-off valve (unit) and a connecting unit [2]
The disadvantage of this technical solution is the placement of the seat of the control valve and the seat of the safety shut-off valve in different channels for gas flow, which complicates the design and does not provide the necessary reliability.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для регулирования давления. В указанном устройстве объединены в одну конструкцию регулятор давления газа и предохранительное устройство через соединительный узел, в котором имеется двухседельное сопло, одна сторона которого (вход) является седлом предохранительного клапана, а другая сторона (выход) седлом регулирующего клапана, соедительный узел имеет входной и выходной патрубки, предохранительную и регулирующую камеры [3]
Несмотря на то, что целью этого известного устройства являлось повышение надежности, в эксплуатационных условиях наблюдаются случаи ложного срабатывания предохранительного устройства при колебаниях расхода и входного давления в допустимых пределах, а также случаи несрабатывания устройства при отключении потребителя или аварийном росте входного давления. Это происходит за счет конструктивной сложности передачи усилия от импульса входного и выходного давления на закрытие отсечного клапана, сложной регулировки узлов устройства на согласованную работу (рычажная система со стороны предохранительного узла и рычажная система со стороны регулирующего узла).The closest in technical essence to the claimed technical solution is a device for regulating pressure. In this device, the gas pressure regulator and the safety device are combined into one design through a connecting unit in which there is a two-seat nozzle, one side of which (inlet) is the seat of the safety valve and the other side (outlet) is the seat of the control valve, the connecting unit has an inlet and an outlet branch pipes, safety and regulation chambers [3]
Despite the fact that the purpose of this known device was to increase reliability, under operational conditions there are cases of false operation of the safety device with fluctuations in flow and inlet pressure within acceptable limits, as well as cases of device failure when the consumer is turned off or the input pressure rises abnormally. This is due to the structural complexity of the transmission of force from the input and output pressure pulses to close the shut-off valve, the complex adjustment of the device nodes for coordinated operation (lever system on the side of the safety unit and lever system on the side of the control unit).

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и упрощение конструкции устройства для регулирования давления. The aim of the invention is to increase operational reliability and simplify the design of the device for regulating pressure.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для регулирования давления газа, содержащее соединительный узел с входной и выходной полостями, соединенными соответственно с входным и выходным патрубками, между которыми расположено седло отсечного и регулирующего клапанов, причем шток отсечного клапана подпружинен в сторону его седла, регулирующий узел с полостями задания и управления, между которыми расположена мембрана регулирующего узла, нагруженная пружиной задания и связанная со штоком регулирующего клапана, причем полость задания сообщена с атмосферой через сбросной штуцер, а полость управления соединена с штуцером подачи импульса выходного давления, и предохранительный узел с мембраной этого узла содержит дополнительную мембрану, установленную в предохранительном узле и непосредственно связанную со штоком отсечного клапана, при этом полость под мембраной предохранительного узла сообщена с полостью над предохранительной мембраной. This goal is achieved in that the device for regulating the gas pressure, comprising a connecting unit with inlet and outlet cavities connected respectively to the inlet and outlet nozzles, between which is located the seat of the shut-off and control valves, and the stem of the shut-off valve is spring-loaded towards its saddle, the control unit with job and control cavities, between which a control unit membrane is located, loaded with a job spring and connected to the control valve stem, and the cavity Denmark is connected to the atmosphere through the discharge fitting, and the control cavity is connected to the outlet pressure pulse connection fitting, and the safety assembly with the membrane of this assembly contains an additional membrane installed in the safety assembly and directly connected to the shut-off valve stem, while the cavity under the safety assembly's membrane is communicated with a cavity above the safety membrane.

Кроме того, длина штока отсечного клапана в 5-8 раз больше его диаметра. In addition, the length of the shutoff valve stem is 5-8 times larger than its diameter.

Еще одним отличием является то, что высота пружины задания в 4-5 раз больше ее диаметра. Another difference is that the height of the task spring is 4-5 times larger than its diameter.

Дополнительным отличием является то, что штуцера снабжены демпферными дросселями, причем демпферные дроссели выполнены в виде пластин из эластичного материала с радиальными разрезами. An additional difference is that the fittings are equipped with damper chokes, and the damper chokes are made in the form of plates of elastic material with radial cuts.

Кроме того, регулирующий клапан снабжен гасящей пружиной. In addition, the control valve is equipped with a damping spring.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого устройства. The drawing shows a General view of the proposed device.

Устройство для регулирования давления содержит регулирующий узел 1, предохранительный узел 2 и соединительный узел 3. Соединительный узел 3 содержит входную 6 и выходную 7 полости, соединенные соответственно с входным 4 и выходным 5 патрубками. Между ними расположено двухседельное сопло. Отсечной клапан 9 через подпружиненный в сторону седла 10 шток 11 связан непосредственно с дополнительной мембраной 12 предохранительного узла 2. В хвостовой части штока 11 имеются два взаимно перпендикулярных отверстия 13 и 14. Полость 15 над дополнительной мембраной 12 сообщена через отверстия 16 с полостью 17 под мембраной 18, которая нагружена пружиной 19. Полость подмембранная 17 предохранительного узла сообщается с атмосферой через дренажный штуцер 20, который снабжен управляемой заглушкой с отверстиями 21. С другой стороны полости 17 имеется штуцер 22 с обратным клапаном 23 для подвода импульса выходного давления. The pressure regulating device comprises a regulating unit 1, a safety unit 2 and a connecting unit 3. The connecting unit 3 comprises an inlet 6 and an outlet 7 cavity, respectively connected to the inlet 4 and the outlet 5 nozzles. Between them is a two-seat nozzle. The shut-off valve 9 through the spring 10, which is spring-loaded towards the seat, 11 is connected directly to the additional membrane 12 of the safety assembly 2. There are two mutually perpendicular openings 13 and 14 in the rear of the rod 11. The cavity 15 above the additional membrane 12 is communicated through the openings 16 with a cavity 17 under the membrane 18, which is loaded with a spring 19. The submembrane cavity 17 of the safety unit communicates with the atmosphere through a drainage fitting 20, which is equipped with a controlled plug with holes 21. On the other side of the cavity 17 there are pieces Ep 22 with a check valve 23 for supplying an output pressure pulse.

В выходной полости соединительного узла 3 размещен регулирующий клапан 24, взаимодействующий с седлом 25, являющимся выходом двухседельного сопла 8. Регулирующий клапан 24 насажен на шток 26, связанный через рычажную систему 27 с регулирующей мембраной 28 регулирующего узла 1. Полость 29 управления снабжена штуцером 30 подачи импульса выходного давления. Полость задания 31 сообщается с атмосферой через сбросной штуцер 32. Штуцер подачи импульса выходного давления 30 и сбросной штуцер 32 снабжены демпферными дросселями 33. Регулирующая мембрана 28 нагружена пружиной задания 34, которая настраивается винтом 36. Регулирующий клапан 24 снабжен гасящей пружиной 35. Пружина 37 на штоке 11 подпружинивает клапан отсечной 9 в сторону седла 10. В полости 15 напротив хвостовика штока 11 находится подушка 38. Полость управления 29 сообщается с полостью задания 31 через сбросной клапан 39. A control valve 24 is placed in the output cavity of the connecting unit 3, which interacts with the seat 25, which is the output of the two-seat nozzle 8. The control valve 24 is mounted on the stem 26, connected through the lever system 27 with the control membrane 28 of the control unit 1. The control cavity 29 is provided with a supply fitting 30 output pressure pulse. The cavity of the reference 31 communicates with the atmosphere through the discharge fitting 32. The outlet pressure pulse supply 30 and the discharge fitting 32 are equipped with damper chokes 33. The control membrane 28 is loaded with a reference spring 34, which is adjusted by screw 36. The control valve 24 is equipped with a quenching spring 35. Spring 37 on the rod 11 springs the shut-off valve 9 towards the seat 10. In the cavity 15 opposite the shaft end of the rod 11 there is a cushion 38. The control cavity 29 communicates with the task cavity 31 through the relief valve 39.

В одном из вариантов демпферные дроссели выполнены в виде пластин из эластичного материала с радиальными разрезами. In one embodiment, the damper chokes are made in the form of plates of elastic material with radial cuts.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В начальный момент отсечной клапан 9 закрыт. Газ поступает через входной патрубок 4 во входную полость 6 соединительного узла 3 и через отверстия 13 и 14 в хвостовой части штока 11 попадает в полость 15 предохранительного узла 2 и в сообщающуюся с ней через отверстия 16 подмембранную полость 17. При кратковременном открытии заглушки 21 штуцера дренажного 20 и быстром закрытии ее некоторая часть газа через отверстия в заглушке стравливается в атмосферу и давление в полостях 15 и 17 падает по сравнению с давлением газа во входной полости 6. За счет возникшего перепада давления клапан 9 открывается и газ поступает через двухседельное сопло 8 к регулирующему клапану 24 в выходной полости 7 и затем редуцированный поток газа через выходной патрубок 5 соединительного узла 3 направляется к потребителю. At the initial moment, the shut-off valve 9 is closed. Gas enters through the inlet pipe 4 into the inlet cavity 6 of the connecting unit 3 and through the openings 13 and 14 in the tail end of the rod 11 enters the cavity 15 of the safety assembly 2 and into the submembrane cavity 17 communicating with it through the openings 16. When the plug 21 is opened for a short time 20 and its quick closure, some of the gas through the holes in the plug is vented to the atmosphere and the pressure in the cavities 15 and 17 drops compared to the gas pressure in the inlet cavity 6. Due to the pressure drop that occurs, valve 9 opens gas is supplied through the nozzle 8 to the double seat control valve 24 to the output cavity 7 and then a reduced flow of gas through the outlet 5 of the connecting unit 3 is sent to the consumer.

Шток 11 отсечного клапана 9 перемещается и упирается своей хвостовой частью в подушку 38, отверстие 14 перекрывается и газ входной поток не поступает в полости 15 и 17. The stem 11 of the shut-off valve 9 moves and abuts its tail part against the pillow 38, the hole 14 is closed and the gas inlet stream does not enter the cavities 15 and 17.

В нормальном режиме работы отсечной клапан 9 находится в открытом положении и вся система находится в динамическом равновесии. Поток газа, проходя через двухседельное сопло 8 редуцируется в зазоре между регулирующим клапаном 24 и седлом 25 и с пониженным давлением поступает через выходной патрубок 5 в газопровод потребителя. Импульс выходного давления, отбираемый в одной контролируемой точке из газопровода потребителя, попадает через импульсные трубки в полости 15 и 17 предохранительного узла 2 через штуцер 22 с обратным клапаном 23 и в полость 29 управления регулирующего узла 1 через штуцер 30. In normal operation, the shut-off valve 9 is in the open position and the entire system is in dynamic equilibrium. The gas flow passing through the two-seat nozzle 8 is reduced in the gap between the control valve 24 and the seat 25 and with reduced pressure enters through the outlet pipe 5 into the consumer gas pipeline. The output pressure pulse, taken at one controlled point from the consumer’s gas pipeline, enters through the pulse tubes in the cavities 15 and 17 of the safety unit 2 through the nozzle 22 with a check valve 23 and into the control cavity 29 of the control unit 1 through the nozzle 30.

При изменении входного давления газа и выходного давления газа в установленных пределах, определяемых усилием пружины 34 задания регулирующей мембраны 28, а также усилием пружины 19 мембраны 18 предохранительного узла 2 и пружины 37 штока 11, отсечной клапан 9 остается открытым, в то время как равновесие сил на регулирующей мембране 28 нарушается. Она приходит в движение и изменяет положение регулирующего клапана 24 через рычажную систему 27, что приводит к изменению зазора между клапаном 24 и его седлом 25. При этом восстанавливается заданный уровень выходного давления. Вся система приходит в новое состояние динамического равновесия. When changing the gas inlet pressure and gas outlet pressure within the established limits determined by the force of the spring 34 of the job of the regulatory membrane 28, as well as the force of the spring 19 of the membrane 18 of the safety unit 2 and the spring 37 of the rod 11, the shut-off valve 9 remains open, while the balance of forces on the regulatory membrane 28 is broken. It moves and changes the position of the control valve 24 through the lever system 27, which leads to a change in the gap between the valve 24 and its seat 25. In this case, a predetermined output pressure level is restored. The whole system comes into a new state of dynamic equilibrium.

При повышении входного давления газа выше допустимого, увеличивается давление в полости подмембранной 17, мембрана 18 с подушкой 38 сдвигается, преодолевая усилие своей нагрузочной пружины 19, и отверстие 14 в хвостовой части штока 11 открывается. Одновременно увеличивается давление в полости 15, соединенной с полостью 17 через отверстия 16. Это приводит к перемещению дополнительной мембраны 12 и закрепленной на ней хвостовой части штока 11 и еще большему открытию отверстия 14. Через отверстия 14 и 13 излишек газа поступает за мембрану 12, давление по обе стороны от нее выравнивается и под действием пружины 37 штока 11 клапан отсечной 9 перекрывает седло 10. Расход газа через устройство прекращается. После устранения неисправностей предохранительный узел 2 может быть установлен в рабочее положение отсечной клапан открыт только вручную, как показано выше при описании начального момента. When the input gas pressure is higher than the permissible one, the pressure in the cavity of the submembrane 17 increases, the membrane 18 with the cushion 38 moves, overcoming the force of its load spring 19, and the hole 14 in the tail of the rod 11 opens. At the same time, the pressure in the cavity 15 connected to the cavity 17 through the openings 16 increases. This leads to the displacement of the additional membrane 12 and the tail portion of the rod 11 fixed to it and the opening of the hole 14 even larger. Through the openings 14 and 13, excess gas enters the membrane 12, the pressure on both sides of it is leveled and under the action of the spring 37 of the rod 11, the shut-off valve 9 closes the seat 10. The gas flow through the device stops. After troubleshooting, the safety unit 2 can be set to the operating position, the shut-off valve is opened only manually, as shown above in the description of the initial moment.

Одновременно с воздействием повышенного выходного давления на предохранительный узел 2, аналогичный импульс выходного давления поступает в полость управления 29 регулирующего узла 1. Тогда мембрана 28 перемещается вверх, преодолевая усилие пружины 34 задания. Это перемещение мембраны 28, передаваемое через рычажную систему 27 в сторону седла 25 и последнее перекрывается, открывается сбросной клапан 39 и излишек газа из полости 29 управления сбрасывается в атмосферу через сбросной штуцер 32 и узел регулирующий 1 приходит в исходное положение. Simultaneously with the action of increased output pressure on the safety unit 2, a similar output pressure pulse enters the control cavity 29 of the control unit 1. Then, the membrane 28 moves upward, overcoming the force of the task spring 34. This movement of the membrane 28, transmitted through the lever system 27 to the side of the seat 25 and the latter is closed, the relief valve 39 is opened and the excess gas from the control cavity 29 is discharged into the atmosphere through the discharge fitting 32 and the control unit 1 returns to its original position.

В случае понижения входного давления ниже установленного значения, за счет усилия пружины 37 клапан 9 перекрывает седло 10 и газ на регулирующий узел 1 и к потребителю не поступает. После устранения причины аварийной ситуации, предохранительный узел 2 устанавливается в рабочее положение вручную, как описано выше. If the input pressure drops below the set value, due to the force of the spring 37, the valve 9 closes the seat 10 and gas to the control unit 1 and does not flow to the consumer. After eliminating the cause of the emergency, the safety unit 2 is set to the operating position manually, as described above.

Благодаря геометрическим соотношениям отсечного клапана 9, седла 10 и штока 11 обеспечивается надежное перекрытие потока газа. Размещение исполнительной части предохранительного механизма мембраны 12 и непосредственно связанного с ней штока 11 и клапана 9 в соединительном узле 3 обеспечивает более быструю реакцию устройства на изменение давления газа. Новые геометрические размеры пружины задания 34 регулирующей мембраны 28 позволяют расширить диапазон регулирования. Наличие демпферного дросселя 33, расположенного на выходе сбросного штуцера 32 регулирующего узла 1, выполненного в виде пластины из эластичного материала с центрально-радиальными разрезами, позволяет устранить акустические шумы, возникающие при работе регулирующего узла 1 и связанные с выпуском воздуха из полости над мембраной 28 в атмосферу. Геометрические соотношения элементов устройства определены экспериментально на стенде и уточнены по результатам эксплуатационной проверки. Изменение заявляемых относительных размеров в сторону увеличения или уменьшения не позволит обеспечить надежного срабатывания устройства, а с другой стороны приведет к неоправданному усложнению и утяжелению конструкции. Особенности конструктивного выполнения позволяют использовать предохранительный узел 2 в совокупности с соединительным узлом 3 как самостоятельное устройство, причем в положении наиболее удобном для пользователя, т.е. как вертикально, так и горизонтально. Например, угол скоса входного седла 10 выполнен в пределах 50-65^о к оси двухседельного сопла 8 и сопрягается с поверхностью отсечного клапана 9, обеспечивая его плотное прилегание к седлу и герметичность отсечки газа.Due to the geometric ratios of the shut-off valve 9, the seat 10 and the rod 11 provides a reliable shutdown of the gas flow. Placing the actuating part of the safety mechanism of the membrane 12 and the rod 11 and valve 9 directly connected to it in the connecting unit 3 provides a faster response of the device to a change in gas pressure. The new geometric dimensions of the spring task 34 of the control membrane 28 allow you to expand the range of regulation. The presence of a damper throttle 33 located at the outlet of the discharge fitting 32 of the regulating unit 1, made in the form of a plate of elastic material with central radial cuts, allows to eliminate the acoustic noise arising from the operation of the regulating unit 1 and associated with the release of air from the cavity above the membrane 28 the atmosphere. The geometric ratios of the elements of the device were determined experimentally at the stand and refined according to the results of operational testing. Changing the claimed relative sizes in the direction of increase or decrease will not allow to ensure reliable operation of the device, and on the other hand will lead to unjustified complication and weighting of the design. Design features allow the use of the safety node 2 in conjunction with the connecting node 3 as an independent device, and in the position most convenient for the user, i.e. both vertically and horizontally. For example, the angle of inclination of the inlet seat 10 is made in the range of 50-65 ^about to the axis of the two-seat nozzle 8 and mates with the surface of the shut-off valve 9, ensuring its tight fit to the seat and the tightness of the gas cut-off.

Длина штока 11 отсечного клапана 9 80 мм, его диаметр 12 мм, что также обеспечивает герметичность перекрытия отверстия 14 подушкой 38 мембраны 18 и стабильность удержания отсечного клапана 9 в открытом состоянии. Высота пружины 34 управления регулирующего узла 1 в свободном ненагруженном состоянии 280 мм, диаметр 60 мм, шаг 16-26 мм, благодаря таким размерам расширен диапазон регулирования выходного давления с 90-200 до 75-245 мм вод.ст. The length of the rod 11 of the shut-off valve 9 is 80 mm, its diameter is 12 mm, which also ensures the tightness of the closing of the opening 14 by the cushion 38 of the membrane 18 and the stability of holding the shut-off valve 9 in the open state. The height of the control spring 34 of the control unit 1 in a free unloaded state 280 mm, diameter 60 mm, pitch 16-26 mm, thanks to these sizes, the range of regulation of the outlet pressure is expanded from 90-200 to 75-245 mm water column

Демпферы выполнены из мембранного полотна толщиной 1 мм, диаметром 24 мм с двумя взаимно перпендикулярными центрально-радиальными разрезами длиной 16-18 мм. На штоке регулирующего клапана 24 установлена гасящая пружина 35 мм диаметром 10 мм, длиной в свободном состоянии 8 мм, что обеспечивает плавную работу рычажной системы 27 регулирующего узла 2. The dampers are made of a membrane sheet 1 mm thick, 24 mm in diameter with two mutually perpendicular central-radial sections 16-18 mm long. A damping spring of 35 mm with a diameter of 10 mm and a free length of 8 mm is installed on the stem of the control valve 24, which ensures smooth operation of the lever system 27 of the control unit 2.

Claims

1. DEVICE FOR REGULATING A GAS PRESSURE, comprising a connecting unit with inlet and outlet cavities connected respectively to inlet and outlet nozzles, between which a shut-off and control valve seat is located, the shut-off valve stem being spring-loaded towards its seat, a control unit with reference cavities and control, between which there is a membrane of the regulatory unit, loaded with a reference spring and connected with the rod of the control valve, and the reference cavity is in communication with the atmosphere through a nipple, and the control cavity is connected to a nozzle for supplying an output pressure pulse, and a safety unit with a main membrane, characterized in that it contains an additional membrane installed in the safety unit and directly connected to the shut-off valve stem, while the cavity under the main membrane of the safety unit communicated with a cavity above the additional membrane.

2. The device according to p. 1, characterized in that the stem length of the shut-off valve is 5 to 8 times its diameter.

3. The device according to claim 1, characterized in that the height of the task spring is 4
5 times its diameter.

4. The device according to p. 1, characterized in that the fittings are equipped with damper chokes.

5. The device according to claim 1, characterized in that the damper chokes are made in the form of plates of elastic material with radial cuts.

6. The device according to claim 1, characterized in that the control valve is equipped with a damping spring.