RU2787975C1

RU2787975C1 - Gas pressure regulator

Info

Publication number: RU2787975C1
Application number: RU2022108147A
Authority: RU
Inventors: Рафаэль Рафкатович Кантюков; Дмитрий Михайлович Ляпичев; Андрей Александрович Евстифеев
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2023-01-13

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the field of natural gas pressure regulation. The gas pressure regulator comprises an external housing with a cover, in which an electric generator is located, connected to the electric generator through a control device, a heating cable located in the wall of the external housing, a reducing mechanism, including a housing provided with a cover, a seat fixed with the help of plates and a piston valve equipped with a spring. The piston valve forms a feedback cavity with the reducing mechanism body and a control cavity communicated with the amplifier. The booster consists of a body, inside of which a spring-loaded double valve and a piston are coaxially installed, equipped with an adjusting screw and a spring with a force of up to 90% of the outlet pressure behind the gas pressure regulator. In this case, the double valve forms two cavities with the amplifier body, one of which is in communication with the control cavity, and the other with the output of the reducing mechanism and the piston.

EFFECT: increasing the stability of gas pressure regulation, as well as increasing the reliability of the device.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области регулирования давления природных газов и может использоваться на газораспределительных станциях и передвижных автомобильных газовых заправщиках.The invention relates to the field of natural gas pressure regulation and can be used at gas distribution stations and mobile gas tankers.

Известен регулятор давления газа непрямого действия (патент РФ №148399, G05D 16/10, опубл. 10.12.2014), содержащее корпус с коаксиально расположенными каналами входа и выхода газа, седло клапана и поршневой клапан, расположенный между каналом входа и седлом. Поршневой клапан имеет центральный канал диаметром, равным диаметру канала входа, и является его продолжением, а диаметр уплотняющей кромки поршневого клапана в месте контакта с седлом равен наружному диаметру поршневого клапана. Равенство площадей входного и выходного торцов по нормальному к оси клапана сечению определяют равенство осевых сил давления, т.е. полную разгрузку клапана. Полость обратной связи усилителя регулятора давления и полость обратной связи регулятора давления сообщены с выходом из канала выхода регулятора единым каналом, что обеспечивает одновременное поступление сигнала обратной связи и на усилитель и на поршневой клапан, что увеличивает быстродействие регулятора. Баланс усилий на поршне поршневого клапана от величин давления в командной полости и в полости обратной связи регулятора давления определяет положение поршневого клапана относительно седла и уровень заданного давления на выходе регулятора. В свою очередь, уровень командного давления определяется положением поршня усилителя регулятора, которое задается усилием пружины усилителя.Known gas pressure regulator indirect action (RF patent No. 148399, G05D 16/10, publ. 12/10/2014), containing a housing with coaxially arranged gas inlet and outlet channels, a valve seat and a piston valve located between the inlet channel and the seat. The piston valve has a central channel with a diameter equal to the diameter of the inlet channel, and is its continuation, and the diameter of the sealing edge of the piston valve at the point of contact with the seat is equal to the outer diameter of the piston valve. The equality of the areas of the inlet and outlet ends along the section normal to the axis of the valve determines the equality of the axial pressure forces, i.e. complete relief of the valve. The feedback cavity of the pressure regulator amplifier and the feedback cavity of the pressure regulator are connected with the output from the regulator output channel by a single channel, which ensures the simultaneous supply of a feedback signal to both the amplifier and the piston valve, which increases the speed of the regulator. The balance of forces on the piston of the piston valve from the pressure values in the command cavity and in the feedback cavity of the pressure regulator determines the position of the piston valve relative to the seat and the level of the specified pressure at the regulator outlet. In turn, the command pressure level is determined by the position of the governor booster piston, which is set by the booster spring force.

Недостатком известного устройства является возникновение дроссель-эффекта при редуцировании природных газов с образованием льда и кристаллизацией компонент природных газов.The disadvantage of the known device is the occurrence of the throttle effect in the reduction of natural gases with the formation of ice and crystallization of natural gas components.

Известно командное устройство (патент РФ №155506, G01L 7/00, опубл. от 10.10.2015), содержащее чувствительный элемент - мембрану, на которую с одной стороны действует усилие от затяжки задающей пружины. С другой стороны на мембрану подведено давление на выходе из регулятора давления газа - обратная связь. Мембрана содержит шток с центральным отверстием, и торец штока образует седло сферического клапана со сферической опорой. Сферический клапан шарнирно связан со вторым клапаном, который состоит из возвратной пружины, конического седла и сферического клапана. Полость между этими клапанами является командной и сообщена с соответствующей полостью исполнительного органа регулятора давления газа. В свою очередь, пружинная полость второго клапана может быть сообщена с подводом газа в командное устройство через центральное отверстие в корпусе второго клапана с полостью за нормально открытым клапаном и через центральное отверстие в нем с полостью подвода газа в командное устройство. Нормально-открытый клапан выполняет функцию редуцирования на заданный перепад давления газа, для чего его пружинная полость сообщена с командной полостью. Сферические формы двух шарнирно связанных клапанов и сферическая опора второго клапана позволяет им одновременно садиться на свои седла, что в сочетании с поддержанием постоянного перепада давления на нормально открытом клапане обеспечивает герметичность клапанов и стабильность характеристик командного устройства. Сферическая опора второго клапана имеет лыски для его разгрузки.A command device is known (RF patent No. 155506, G01L 7/00, published on 10/10/2015), containing a sensitive element - a membrane, on which the force from the tightening of the master spring acts on one side. On the other hand, the membrane is supplied with pressure at the outlet of the gas pressure regulator - feedback. The membrane contains a stem with a central hole, and the end of the stem forms a spherical valve seat with a spherical support. The spherical valve is pivotally connected to the second valve, which consists of a return spring, a conical seat and a spherical valve. The cavity between these valves is command and communicates with the corresponding cavity of the executive body of the gas pressure regulator. In turn, the spring cavity of the second valve can be connected with the gas supply to the command device through the central hole in the body of the second valve with the cavity behind the normally open valve and through the central hole in it with the gas supply cavity to the command device. The normally open valve performs the function of reducing to a given gas pressure drop, for which its spring cavity is connected with the command cavity. The spherical shapes of the two pivotally connected valves and the spherical support of the second valve allow them to simultaneously sit on their seats, which, in combination with maintaining a constant pressure drop across the normally open valve, ensures the tightness of the valves and the stability of the characteristics of the command device. The spherical support of the second valve has flats for its unloading.

Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон уровней настройки выходного давления газа при задании этих уровней на значения выше 4,0 МПа, обусловленный необходимостью увеличения усилия пружины для преодоления силы от давления выходного газа на мембрану, которое (усилие) трудно преодолеть регулировочным винтом вручную.The disadvantage of this device is the limited range of outlet gas pressure settings when these levels are set to values above 4.0 MPa, due to the need to increase the spring force to overcome the force from the outlet gas pressure on the membrane, which (force) is difficult to overcome by the adjusting screw manually.

Наиболее близким к предлагаемому устройству (прототипом) является регулятор давления газа (патент РФ №168803, G01L 7/00, опубл. 21.02.2017), содержащее усилитель, корпус, крышку, седло и поршневой клапан. Пружинная полость поршневого клапана сообщена с участком за регулятором давления и является полостью обратной связи. Противоположная полость поршневого клапана является командной. Команда в эту полость подается от усилителя, служащего для включения регулятора в работу, задания и поддержания режимов его работы. Мембрана усилителя перемещает двойной клапан, в котором формируется командное давление, определяемое затяжкой настроечной пружины и уровнем выходного давления за регулятором. При заданном конструктивом усилителя диаметре мембраны усилителя равновесие мембраны определяется усилием от давления на выходе из регулятора (обратная связь) и усилием настроечной пружины. Чем выше задаваемый уровень давления на выходе из регулятора, тем выше усилие от этого давления на мембрану и тем выше должно быть усилие настроечной пружины. Для компенсации этого усилия пружинная полость мембраны снабжена дополнительной пружиной. Выбор усилия дополнительной пружины зависит от уровня выходного давления за регулятором и соответственно уровня усилия на мембрану от этого давления.Closest to the proposed device (prototype) is a gas pressure regulator (RF patent No. 168803, G01L 7/00, published on February 21, 2017), containing an amplifier, a housing, a cover, a seat and a piston valve. The spring cavity of the piston valve communicates with the area behind the pressure regulator and is a feedback cavity. The opposite cavity of the piston valve is the command. The command to this cavity is supplied from the amplifier, which serves to turn the regulator into operation, set and maintain its operating modes. The booster diaphragm moves a double valve, which generates a command pressure determined by the tightening of the tuning spring and the level of outlet pressure downstream of the regulator. For a given constructive amplifier, the diameter of the membrane of the amplifier, the equilibrium of the membrane is determined by the force from the pressure at the outlet of the regulator (feedback) and the force of the tuning spring. The higher the set pressure level at the outlet of the regulator, the greater the force from this pressure on the diaphragm and the greater the force of the setting spring should be. To compensate for this force, the spring cavity of the membrane is provided with an additional spring. The choice of additional spring force depends on the level of outlet pressure after the regulator and, accordingly, the level of force on the membrane from this pressure.

Недостатком данного устройства является возникновение льда и кристаллизация компонент природных газов вследствие возникновения дроссель-эффекта при редуцировании, использование дополнительных пружин для преодоления силы от давления выходного газа на мембрану, которое (усилие) трудно преодолеть регулировочным винтом вручную.The disadvantage of this device is the occurrence of ice and the crystallization of natural gas components due to the occurrence of a choke effect during reduction, the use of additional springs to overcome the force from the pressure of the outlet gas on the membrane, which (force) is difficult to overcome by the adjusting screw manually.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка устройства, исключающего образование дроссель-эффекта (понижения температуры рабочего тела).The task to be solved by the present invention is the development of a device that excludes the formation of a choke effect (lowering the temperature of the working fluid).

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение устойчивости регулирования давления газа за счет исключения возможности образования льда и кристаллизации компонент газа путем поддержания в корпусе регулятора давления газа положительной температуры, а также повышение надежности устройства за счет замены мембраны поршнем.The technical result to which the present invention is directed is to increase the stability of gas pressure regulation by eliminating the possibility of ice formation and crystallization of gas components by maintaining a positive temperature in the gas pressure regulator housing, as well as increasing the reliability of the device by replacing the membrane with a piston.

Указанный технический результат достигается за счет того, что регулятор давления газа содержит внешний корпус с крышкой, в котором размещены электрогенератор, подключенный к электрогенератору через устройство управления нагревательный кабель, расположенный в стенке внешнего корпуса, редуцирующий механизм, включающий снабженный крышкой корпус, закрепленное с помощью пластин седло и оснащенный пружиной поршневой клапан. Поршневой клапан образует с корпусом редуцирующего механизма полость обратной связи и управляющую полость, сообщенную с усилителем. Усилитель состоит из корпуса, внутри которого соосно установлены подпружиненный двойной клапан и поршень, оснащенный регулировочным винтом и пружиной с усилием величиной до 90% от выходного давления за регулятором давления газа. При этом двойной клапан образует с корпусом усилителя две полости, одна из которых сообщена с управляющей полостью, а другая - с выходом редуцирующего механизма и поршнем.The specified technical result is achieved due to the fact that the gas pressure regulator contains an external housing with a lid, in which an electric generator is placed, connected to the electric generator through a control device, a heating cable located in the wall of the outer housing, a reducing mechanism, including a housing equipped with a lid, fixed with plates seat and spring-loaded piston valve. The piston valve forms a feedback cavity with the body of the reducing mechanism and a control cavity communicated with the amplifier. The booster consists of a body, inside of which a spring-loaded double valve and a piston are coaxially installed, equipped with an adjusting screw and a spring with a force of up to 90% of the outlet pressure behind the gas pressure regulator. In this case, the double valve forms two cavities with the amplifier body, one of which is in communication with the control cavity, and the other with the output of the reducing mechanism and the piston.

На чертеже изображен регулятор давления газа (разрез).The drawing shows a gas pressure regulator (section).

Регулятор давления газа содержит внешний корпус 1 с крышкой 2, в которой выполнено центральное осевое отверстие. Во внешнем корпусе 1 размещены:The gas pressure regulator contains an outer casing 1 with a cover 2, in which a central axial hole is made. In the outer case 1 are placed:

- трехсекционный электрогенератор 3, установленный на выходе регулятора давления газа, к которому через электронное устройство управления 4 подключен нагревательный кабель 5, расположенный в стенке внешнего корпуса 1;- a three-section electric generator 3 installed at the outlet of the gas pressure regulator, to which a heating cable 5 is connected through an electronic control device 4, located in the wall of the outer housing 1;

- редуцирующий механизм, включающий корпус 6, крышку 7, в которой выполнено центральное осевое отверстие, седло 8, закрепленное с помощью пластин 9, и поршневой клапан 10, выполненный с центральным каналом, оснащенный пружиной 11;- a reducing mechanism, including a body 6, a cover 7, in which a central axial hole is made, a seat 8, fixed with plates 9, and a piston valve 10, made with a central channel, equipped with a spring 11;

- усилитель, состоящий из корпуса 12, внутри которого соосно установлены подпружиненный двойной клапан 13 и поршень 14, оснащенный регулировочным винтом 15 и пружиной 16 с усилием величиной до 90% от выходного давления за регулятором давления газа. Пружина 16 предназначена для настройки заданного уровня выходного давления газа. Выбор положения регулировочного винта 15 зависит от величины выходного давления за регулятором давления газа и, соответственно, величины усилия на поршень 14 усилителя от этого давления.- an amplifier consisting of a housing 12, inside of which a spring-loaded double valve 13 and a piston 14 are coaxially installed, equipped with an adjusting screw 15 and a spring 16 with a force of up to 90% of the outlet pressure behind the gas pressure regulator. Spring 16 is designed to adjust the preset level of the outlet gas pressure. The choice of the position of the adjusting screw 15 depends on the magnitude of the outlet pressure behind the gas pressure regulator and, accordingly, the magnitude of the force on the piston 14 of the amplifier from this pressure.

Поршневой клапан 10 образует с корпусом 6 редуцирующего механизма полость 17 обратной связи и управляющую полость 18, сообщенную с корпусом 12 усилителя. В полость 17 обратной связи посредством проточки 19 заводится давление из участка 20 за редуцирующим механизмом. В управляющей полости 18 формируется управляющее воздействие на регулятор давления газа для поддержания заданного уровня выходного давления. Двойной клапан 13 образует с корпусом 12 усилителя полость 21, сообщенную с управляющей полостью 18 с помощью проточки 22, и полость 23, сообщенную с выходом редуцирующего механизма и полостью 24, в которой установлен поршень 14, с помощью проточек 25 и 26, соответственно.The piston valve 10 forms with the body 6 of the reducing mechanism a feedback cavity 17 and a control cavity 18 communicated with the body 12 of the amplifier. In the cavity 17 of the feedback through the groove 19 starts the pressure from the area 20 behind the reducing mechanism. In the control cavity 18, a control action is formed on the gas pressure regulator to maintain a predetermined output pressure level. The double valve 13 forms with the body 12 of the amplifier cavity 21, which communicates with the control cavity 18 with the help of grooves 22, and the cavity 23, which communicates with the output of the reducing mechanism and the cavity 24, in which the piston 14 is installed, with the help of grooves 25 and 26, respectively.

Электрогенератор 3, секции которого приводятся в действие потоком исходящего природного газа, предназначен для предотвращения дроссель-эффекта путем поддержания во внешнем корпусе 1 положительной температуры, достаточной для предотвращения кристаллизации компонент газов. Выработанная энергия подается на электронное устройство управления 4. Электронное устройство управления 4 оснащено аккумуляторной батареей и температурным датчиком (на чертеже не показаны). По показаниям температурного датчика формируется управляющее воздействие в виде напряжения заданного уровня, подаваемого на нагревательный кабель 5. Нагревательный кабель 5 формирует тепловой контур, обеспечивающий предотвращение образования льда в регуляторе давления газа и подогрев потока исходящего природного газа путем поддержания положительной температуры во внешнем корпусе 1 регулятора.Electric generator 3, the sections of which are driven by the flow of outgoing natural gas, is designed to prevent the choke effect by maintaining a positive temperature in the outer casing 1, sufficient to prevent crystallization of the gas components. The generated energy is fed to the electronic control device 4. The electronic control device 4 is equipped with a battery and a temperature sensor (not shown). According to the temperature sensor readings, a control action is formed in the form of a voltage of a given level supplied to the heating cable 5. The heating cable 5 forms a thermal circuit that prevents ice formation in the gas pressure regulator and heats the flow of outgoing natural gas by maintaining a positive temperature in the external housing 1 of the regulator.

Регулятор давления газа работает следующим образом.The gas pressure regulator works as follows.

В соответствии с настройкой усилителя реализуется управляющее воздействие посредством давления рабочего тела (природного газа), которое из управляющей полости 18 передается в полость 21 в корпусе 12 усилителя, а в полость 17 обратной связи подается давление из участка 20 за редуцирующим механизмом. При равновесии усилий от давления в полости 21, усилий от давления в полости 17 обратной связи и усилий самой пружины 16, затянутой регулировочным винтом 15, поршневой клапан 10 занимает определенное равновесное положение относительно седла 8, обеспечивая заданное настройкой усилителя значение давления на выходе из регулятора (выходное давление регулятора газа). Вращение регулировочного винта 15 осуществляется легко от руки. При изменении давления газа в сети газораспределения (за регулятором давления газа) меняется, соответственно, давление газа в полости 17 обратной связи, на которое реагирует поршневой клапан 10, смещаясь влево или вправо, в зависимости от того уменьшилось или увеличилось давление в сети газораспределения. Одновременно на изменение давления в сети газораспределения реагирует усилитель, в полость 23 которого заведено давление из участка 20 за редуцирующим механизмом. Перемещаясь, поршень 14 в корпусе 12 усилителя смещает двойной клапан 13, который, меняя значение управляющего давления в полости 21 усилителя, и, соответственно, в управляющей полости 18, притормаживает движение поршневого клапана 10, фиксируя его в необходимом положении. Тем самым обеспечивается стабильный заданный уровень давления газа за регулятором давления.In accordance with the setting of the amplifier, a control action is implemented by means of the pressure of the working fluid (natural gas), which is transferred from the control cavity 18 to the cavity 21 in the amplifier housing 12, and the pressure is supplied to the feedback cavity 17 from the section 20 behind the reducing mechanism. When the forces from the pressure in the cavity 21, the forces from the pressure in the feedback cavity 17 and the forces of the spring 16 itself, tightened by the adjusting screw 15, are balanced, the piston valve 10 occupies a certain equilibrium position relative to the seat 8, providing the preset pressure value at the outlet of the regulator ( outlet pressure of the gas regulator). The rotation of the adjusting screw 15 is carried out easily by hand. When the gas pressure in the gas distribution network changes (behind the gas pressure regulator), the gas pressure in the feedback cavity 17 changes, to which the piston valve 10 reacts, moving to the left or right, depending on whether the pressure in the gas distribution network has decreased or increased. At the same time, an amplifier reacts to a change in pressure in the gas distribution network, into the cavity 23 of which pressure is brought from section 20 behind the reducing mechanism. Moving, the piston 14 in the body 12 of the amplifier displaces the double valve 13, which, changing the value of the control pressure in the cavity 21 of the amplifier, and, accordingly, in the control cavity 18, slows down the movement of the piston valve 10, fixing it in the required position. This ensures a stable predetermined level of gas pressure downstream of the pressure regulator.

Кроме того, повышается надежность регулятора давления газа, поскольку используемый в конструкции регулятора поршень обладает более значительным запасом прочности, чем мембрана.In addition, the reliability of the gas pressure regulator is increased, since the piston used in the design of the regulator has a greater margin of safety than the membrane.

Claims

A gas pressure regulator comprising an external housing with a cover, in which an electric generator is located, connected to the electric generator through a control device, a heating cable located in the wall of the external housing, a reducing mechanism, including a housing provided with a cover, a seat fixed with plates and a piston valve equipped with a spring, forming with the body of the reducing mechanism, a feedback cavity and a control cavity communicated with an amplifier, consisting of a body, inside of which a spring-loaded double valve and a piston are coaxially installed, equipped with an adjusting screw and a spring with a force of up to 90% of the outlet pressure behind the gas pressure regulator, while the double valve forms two cavities with the amplifier body, one of which is in communication with the control cavity, and the other with the output of the reducing mechanism and the piston.