ТЕРМОГИДРОПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК G05D23/12 

Предлагается устройство для индивидуального привода клапанного исполнительного механизма, работающего с малым быстродействием. Применение данного устройства не имеет ограничений по климатическим условиям. Оно необходимо для автоматизации процессов регулирования водонефтяных потоков на промыслах как северных, так и южных районов.

Известны гидравлические исполнительные механизмы, состоящие из гидроцилиндра и узлов крепления его к фундаментной плите и регулирующему органу. Гидравлические исполнительные механизмы предназначены для управления рабочими органами поворотного или возвратно-поступательного движения. Они могут быть применены в любой области техники, а конкретно в нефтяной и нефтедобывающей промышленности.

Основное преимущество гидравлических исполнительных механизмов большие перестановочные усилия, недостатки необходимость создания специальной гидравлической системы питания и сложность обслуживания.

Известны также пневматические исполнительные механизмы поршневого типа, состоящие из пневмоцилиндра и поршня со штоком. Такие исполнительные механизмы называют следящими пневматическими приводами.

Преимущества пневматических исполнительных механизмов простота конструкции, низкая стоимость, пожаро- и взрывобезопасность, недостатки ограниченность расстояния между исполнительным механизмом и регулирующим устройством, а также необходимость создания системы снабжения сжатым воздухом высокой степени осушки, особенно для северных районов.

Наиболее близким к заявленному является термогидропривод для автоматического регулирования давления, расхода или температуры. Он содержит мембранный исполнительный механизм, шток мембраны которого связан с регулиpующим органом, частично заполненную рабочей жидкостью камеру с развитой поверхностью теплообмена с внешней средой, расположенный в этой жидкости электронагревательный элемент, соединенный с блоком включения электропитания электронагревательного элемента, причем блок включения связан с задающим устройством, включающим в себя задающий и измерительный приборы, при этом в составе устройства имеется датчик контролируемого параметра. Кроме того, надмембранная полость исполнительного механизма термогидропривода гидравлически связана с промежуточной камерой, заполненной промежуточной жидкостью, воспринимающей давление рабочей жидкости.

Целью изобретения является повышение потребительских свойств привода путем обеспечения возможности его использования совместно с типовыми пневматическими устройствами за счет передачи давления от газовой (паровой) среды на мембрану по цепочке газ (пар) жидкость мембрана.

В данном устройстве использованы две несмешивающиеся жидкости с разными удельными весами, при этом более легкая из них используется для образования паровой среды с заданным давлением, а более тяжелая и трудновоспламеняемая жидкость для передачи этого давления по системе гидравлической связи на мембрану исполнительного механизма.

Цель достигается тем, что термогидропривод содержит мембранный исполнительный механизм, шток мембраны которого связан с регулирующим органом, частично заполненную рабочей жидкостью камеру с развитой поверхностью теплообмена с внешней средой, расположенный в рабочей жидкости нагревательный элемент, связанный с блоком управления давлением в камере, содержащим блок включения электропитания нагревательного элемента, и связанный с ним блок сравнения сигнала задания с сигналом датчика давления, при этом надмембранная полость мембранного исполнительного механизма гидравлически связана с промежуточной камерой, заполненной промежуточной жидкостью, воспринимающей давление рабочей жидкости, кроме того, камера с рабочей жидкостью и промежуточная камера конструктивно объединены, рабочая жидкость имеет температуру кипения выше 65^оС, в качестве промежуточной жидкости взята трудновоспламеняющаяся жидкость, не смешивающаяся с рабочей жидкостью, непосредственно граничащая с ней и имеющая большую плотность, при этом в камере установлен открытый сверху стакан с перфорированными стенками, нагревательный элемент расположен в этом стакане, блок включения электропитания нагревательного элемента соединен с последним через плавкий предохранитель, установленный в непосредственной близости от верхней кромки нагревательного элемента, а в камере снаружи стакана размещены перфорированные перегородки или крупноячеистая набивка.

Температура кипения рабочей жидкости выбрана из условия невозможности ее закипания под воздействием солнечного тепла, но, с другой стороны, эта жидкость должна быть легкокипящей, чтобы на ее разогрев не требовалась большая мощность. В качестве такой жидкости может быть использован нормальный гексан.

В качестве жидкости для передачи давления из камеры термопривода к мембране исполнительного устройства могут быть использованы различные типы гликолей, разбавленные водой для получения растворов с необходимой температурой замерзания.

Наличие обратной связи по температуре в силу взаимно однозначной связи давления на мембрану и температуры рабочего тела позволяет стандартизировать это устройство аналогично электропневмопреобразователям.

На чертеже представлена схема термогидропривода.

Термогидропривод содержит мембранный исполнительный механизм 1 с мембраной 2, подпружиненной пружиной 3, соединенный трубкой 4 с камерой 5 с развитой поверхностью теплообмена с внешней средой, в которой выделены зоны 6 паровой фазы рабочего тела, слой 7 жидкой фазы рабочего тела, слой 8 жидкости, несмешивающейся с жидкой фазой рабочего тела и имеющей больший удельный вес, нагревательный элемент 9 с установленным на его верхней кромке плавким предохранителем 10, открытый сверху стакан 11 с перфорированными стенками, перфорированные перегородки 12, датчик 13 давления, блок 14 включения нагревателя и блок 15 сравнения, объединенные в блок 16 управления. Сигнал 17 внешнего направления подается на вход блока 15 сравнения, а источник 18 питания электронагревателя подключен к блоку 14 включения нагревателя.

Термогидропривод работает следующим образом.

На вход блока 15 сравнения поступают сигнал 17 управления от регулятора и сигнал от датчика 13 давления в камере 5 электрогидропривода. После масштабирования этих сигналов, если это необходимо, они сравниваются. По результату сравнения вырабатывается сигнал для операции включения или выключения нагревательного элемента 9, который реализуется в блоке 14. Если давление в камере 5 ниже того, которое определяется управляющим сигналом 17, подаваемым на блок 15 сравнения, то включается нагревательный элемент 9. Жидкость внутри стакана 11 нагревается и частично переходит в паровую фазу, увеличивая при этом давление в камере 5. Если давление превысило заданное, то нагреватель выключается, пар в зоне 6 охлаждается за счет поверхности камеры 5 и конденсируется. В результате давление в камере 5 снижается. Любое изменение давления в камере 5 по трубке 4 передается на мембрану 2 исполнительного механизма 1, что и требуется реализовать.

В процессе работы неизбежны появление различного рода дефектов уплотнения или трещин в мембране исполнительного механизма, а следовательно, и утечка через них жидкости, передающей давление из камеры 5 на механизм 1. В результате уровень рабочей жидкости в камере 5 понижается, нагревательный элемент 9 оказывается в паровой фазе, что может привести к его перегреву и создать пожаровзрывоопасную ситуацию. Для устранения этого в цепи нагревателя устанавливается плавкий предохранитель 10, корпус которого размещен в верхней части нагревателя. Температура его плавления рассчитана таким образом, что как только уровень рабочей жидкости становится ниже верхнего края нагревателя, предохранитель плавится, размыкает цепь питания нагревателя и тем самым предотвращает возникновение пожаровзрывоопасной ситуации.

Таким образом, заявленное техническое решение выгодно отличается от известных более высокими потребительскими свойствами, включая точность преобразования управляющего сигнала в давление, возможность работы с типовыми мембранными исполнительными механизмами, энергосберегающее конструктивное решение и обеспечение пожаровзрывобезопасности.

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может использоваться в нефтяной промышленности и других отраслях народного хозяйства. В термогидроприводе для регулирования водонефтяных потоков используются две несмешивающиеся жидкости с разными удельными весами, при этом более легкая из них служит для образования паровой среды с заданным давлением, а более тяжелая и трудновоспламеняемая жидкость - для передачи этого давления через гидравлическую связь на мембрану исполнительного механизма. 1 ил.

ТЕРМОГИДРОПРИВОД, содержащий мембранный исполнительный механизм, шток мембраны которого связан с регулирующим органом, частично заполненную рабочей жидкостью камеру с развитой поверхностью теплообмена с внешней средой, расположенный в рабочей жидкости нагревательный элемент, связанный с блоком управления давлением в камере, содержащим блок включения электропитания нагревательного элемента и связанный с ним блок сравнения сигнала задания с сигналом датчика давления, при этом надмембранная полость мембранного исполнительного механизма гидравлически связана с промежуточной камерой, заполненной промежуточной жидкостью, воспринимающей давление рабочей жидкости, отличающийся тем, что камера с рабочей жидкостью и промежуточная камера конструктивно объединены, рабочая жидкость имеет температуру кипения выше 65^oС, в качестве промежуточной жидкости взята трудновоспламеняющаяся жидкость, не смешивающаяся с рабочей жидкостью непосредственно граничащая с ней и имеющая большую плотность, при этом в камере установлен открытый сверху стакан с перфорированными стенками, нагревательный элемент расположен в этом стакане, блок включения электропитания нагревательного элемента соединен с последним через плавкий предохранитель, установленный в непосредственной близости от верхней кромки нагревательного элемента, а в камере снаружи стакана размещены перфорированные перегородки или крупноячеистая набивка.