СТАБИЛИЗАТОРЫ перепада давления газа

наука и конструирование
3 | 84 | 2013
СТАБИЛИЗАТОРЫ
перепада давления газа
Продолжение. Начало в №1, 2, 2013 г.
В.П. Пирог, А.М. Габа, И.Г. Черняев, И.А. Кондратьев, В.А. Крюков, ООО «НПП ОКБА»
Унификация, достигнутая
при разработке стабилизаторов
давления и расхода , позволила создать
конструкцию стабилизаторов
СПД-11
перепада давления, которые
предназначены для автоматического
СПД-16
поддержания заданного перепада между
давлением в рабочей камере и опорным
давлением в надмембранной камере.
СПД-21
да давления может устанавливаться в пределах от минус 20 до плюс 30 кПа, что позволяет применять стабилизатор практически в любой системе контроля газовых
ринцип действия основан на поддержании устаустройств.
новленного перепада давления газа относительно
Технические характеристики стабилизаторов перепада
опорного давления при изменении входного давледавления приведены в таблице.
ния или расхода газа за счет сохранения равновесия сил
По способу поддержания установленного перепада
от действия перепада давления на мембрану и усилия прудавления и конструктивному устройству имеются две
жины. Мембрана управляет работой жестко связанного
основные группы стабилизаторов перепада давления: рес ней клапана, благодаря чему перепад между давлением
гулирование перепада давления «после себя» и «до себя».
на выходе стабилизатора и опорным давлением остается
Типичная схема применения стабилизаторов «после
постоянным. При этом диапазон регулирования перепасебя» – регулирование перепада давления у потребителя
за счет дросселирования подающего трубопровоТаблица. Технические характеристики стабилизаторов перепада давления
да (СПД- 11, СПД-21). Типичное применение стабилизаторов «до себя» – регулирование перепада
№ Технические характеристики
Тип стабилизатора
давления у потребителя за счет дросселирования
СПД-11
СПД-16
СПД-21
байпаса (СПД-16).
1. Давление на входе, кПа
0…250
от минус 20
5…60
Стабилизаторы перепада давления газа исдо плюс 100
пользуются в схемах систем стабилизации дав2. Опорное давление, кПа
0…60
от минус 20
0…25
ления воздуха, подаваемого в камеры зададо плюс 30
ния пневмоповторителей. Это особенно важно
3. Стабилизируемый перепад
от минус 20
от минус 20
1…4
при разработке автоматизированных систем
давления на мембране, кПа
до плюс 30
до плюс 30
аналитического контроля, способных работать
4. Расход газа, л/ч
1…60
1…60
0,1…250*
в условиях химически агрессивных сред. Такие
*Зависит от давления на входе.
схемы не обеспечивают решения всего многооб-
СТАБИЛИЗАТОРЫ
С ТКАНЕ-РЕЗИНОВОЙ МЕМБРАНОЙ
П
62
наука и конструирование
3 | 84 | 2013
разия задач автоматизации газоаналитического контроля, но они могут быть положены в основу создания любой
автоматизированной системы анализа технологических
газов и парогазовых смесей.
13
12
15
11
14
4
3
2
СТАБИЛИЗАТОР
С ПОРШНЕВЫМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ
Вход
газа
Выход
газа
1
Расширить технические характеристики стабилизаторов перепада давления позволяет конструкция, описание
которой приведено ниже [1].
Стабилизатор перепада давления (см. рис.) включает
корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, конструктивно выполненными в виде штуцеров. Сопло 4 входного
канала перекрывается клапаном 5. Клапан 5 с помощью
шарового шарнира 6 соединен с упругой направляющей 7 и через нее с винтом регулировки 8. Винт регулировки расположен в резьбовом отверстии 9 скобы 10, связывающей клапан с чувствительным элементом 11 в виде
поршня, на который воздействует пружина 12. Сверху
корпус 1 закрыт крышкой 13, образующей с чувствительным элементом полость опорного давления 14. В крышке 13 имеется штуцер 15, служащий для подачи опорного
давления. Снизу корпус закрыт крышкой 16, образующей
с корпусом и чувствительным элементом рабочую полость 17. Через нижнюю крышку 16 пропущена ось ручки настройки 18 перепада давления. Для герметизации
ручки служит уплотнительное кольцо 19. Ось ручки настройки заканчивается муфтой 20, служащей для передачи вращения от ручки настройки к винту 8 регулировки
расстояния от клапана до поршневого чувствительного
элемента. Рабочий газ через входной канал 2 поступает
к узлу «сопло-клапан» 4, 5. Здесь происходит снижение
входного давления до давления в рабочей полости 17.
Давление в рабочей полости 17 на определенную величину превышает опорное давление в полости 14. Этот перепад давления в полостях 17 и 14 определяется из условия равновесия чувствительного элемента 11:
,
где:
(1)
Рр – давление в рабочей полости 17;
Роп – давление в полости опорного давления 14;
Рвх – давление газа во входном канале 2;
Sч.э. – площадь чувствительного элемента 11;
Sс – площадь сопла 4;
Fпр – усилие пружины 12.
В случае, если полость опорного давления 14 через канал штуцера 15 соединяется просто с атмосферой, устройство является стабилизатором избыточного давления.
Если же полость 14 через канал штуцера 15 соединена
с источником давления другого газа, то в этом случае
устройство является стабилизатором перепада давления
двух газов.
5
10
9
7
6
17
8
20
16
19
18
Рис. Стабилизатор перепада давления газа
Из выражения (1) видно, что настройку перепада давления можно производить изменением усилия пружины
Fпр , как это делается в существующих стабилизаторах перепада давления и стабилизаторах давления газа. В представленной конструкции необходимый перепад давления
настраивается регулированием расстояния «А» от клапана до поршневой мембраны. Необходимое усилие поджатия пружины обеспечивается чувствительным элементом 11, на который воздействует перепад давления ΔР.
Шаровой шарнир 6 обеспечивает точную установку
клапана 5 к плоскости прилегания. Упругая направляющая 7 предотвращает сдвиг клапана относительно сопла,
а также его вращение при вращении винта 8. Вращение
винта 8 регулировки расстояния от клапана до чувствительного элемента осуществляется ручкой настройки
18 через муфту 20. Муфта 20 позволяет компенсировать
осевое перемещение винта 8 вместе с клапаном 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренные стабилизаторы перепада давления могут быть использованы не только для создания, регулирования и поддержания в заданных пределах перепадов
давления газов. Они могут использоваться в схемах стабилизации расхода газа при работе совместно с постоянными и регулируемыми дросселями. При соединении
камеры опорного давления с атмосферой, стабилизаторы
перепада давления работают как стабилизаторы избыточного давления или разряжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Патент РФ42904. / Г.Е. Плаксин, В.П. Пирог, А.М. Габа,
С.Ф. Новицкий, Л.В. Золотарева. Регулятор перепада
давления // Бюллетень №35 13.04.2004 г.
63