УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 2003 года по МПК G05D7/00 G05D16/00 

Изобретение относится к средствам газораспределения и может быть использовано для дистанционного регулирования давления, расхода и точной стабилизации регулируемого параметра любой газообразной среды, кроме агрессивной, в системах газовой, нефтяной и других отраслей промышленности. Например, для дистанционного регулирования и стабилизации параметров природного газа, подаваемого потребителю с газораспределительных станций, газорегуляторных пунктов, газоредуцирующих установок.

Известен управляемый регулятор давления газа (патент ЕПВ 0522188, кл. G 05 D 16/20 от 10.07.91г.), содержащий регулятор давления и электромагнитный привод. При поступлении входного электрического сигнала электромагнит воздействует на пружинный механизм регулятора давления, что приводит к изменению уставки регулятора. Величина воздействия зависит от величины входного электрического сигнала. Регулятор позволяет дистанционно изменять уставку.

Недостатком этого регулятора является большая мощность управляющего сигнала, поскольку электромагнит воздействует непосредственно на пружинный механизм.

Известно устройство для регулирования потока текучей среды (патент РФ 2099770 от 22.03.96г., МПК G 05 D 7/06). Устройство содержит исполнительное устройство и прибор регулирования параметра. Исполнительное устройство по сути является осевым регулятором давления газа с дистанционным изменением уставки выходного давления. Устройство содержит корпус с патрубками входа и выхода, устанавливаемые на трубопроводе, привод в виде линейного шагового двигателя, выполненного бесконтактным с пассивным якорем возвратно поступательного движения. Изменение величины выходного параметра достигается подачей напряжения на обмотку управления линейного шагового двигателя. При этом в зависимости от циклограммы включения обмоток обеспечивается дискретное перемещение якоря на один или несколько шагов, а также направление перемещения. Величина шага определяется конструктивными параметрами. Величина и количество управляющих сигналов формируются прибором регулирования параметра, который в зависимости от сигналов датчиков параметров и внешнего сигнала задания формирует командные сигналы на исполнительное устройство.

Устройство позволяет управлять как давлением, так и расходом, но дискретно. Дискретность и является основным недостатком этого устройства, т.к. точность и линейность характеристики регулирования является функцией числа шагов. Чем короче шаг, тем точнее. Но увеличение количества шагов приводит к усложнению линейного двигателя, утяжелению конструкции исполнительного устройства и увеличению числа управляющих сигналов, т.е. к усложнению прибора регулирования параметра.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является регулятор давления осевого типа РДО-1 (Руководство по эксплуатации РДО-1, утв. 12.11.97г. ЗИ2.501.000. РЭ. Разработчик и изготовитель продукции ООО "Фирма "Газприборавтоматика"). РДО-1 содержит установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, и пилотный регулятор, включающий пружинный механизм и регулирующий блок. Первый вход и выход регулятора соответственно подсоединены к первому выходу и входу распределителя.

Регулятор РДО-1 обеспечивает только поддержание на заданном уровне величины выходного давления. В тех случаях, когда требуется дистанционное регулирование давления и расхода, точная стабилизация регулируемого параметра газового потока, подаваемого потребителю, этот регулятор не применим.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно повышение точности регулирования давления, расхода газа и стабилизации выходного параметра с одновременным обеспечением дистанционной уставки (в широком диапазоне) регулируемого параметра газового потока.

Изложенная техническая задача достигается благодаря тому, что устройство для регулирования параметров газового потока содержит установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, и пилотный регулятор, включающий пружинный механизм и регулирующий блок. Первый вход и выход пилотного регулятора соответственно соединены с первым выходом и входом распределителя. В устройство дополнительно введены электропневматический преобразователь, редуктор и два дросселя, один из которых установлен между трубопроводом со стороны низкого давления и вторым входом пилотного регулятора, в котором между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера управления, разделенная с помощью дополнительных мембран на две полости, каждая из которых по выбору может быть подключена к выходу электропневматического преобразователя, пневматический вход которого сообщен с выходом и, через другой дроссель, со вторым входом редуктора. Первый вход редуктора связан со вторым выходом распределителя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемое устройство дополнительно введены электропневматический преобразователь, редуктор и два дросселя, один из которых установлен между трубопроводом со стороны низкого давления и вторым входом пилотного регулятора, в котором между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера управления, разделенная с помощью дополнительных мембран на две полости, каждая из которых выборочно может быть подключена к выходу электропневматического преобразователя, пневматический вход которого сообщен с выходом и, через другой дроссель, со вторым входом редуктора, первый вход последнего связан со вторым выходом распределителя.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в расширении функциональных возможностей устройства. Конструктивное решение устройства дает возможность оперативного дистанционного изменения уставки (в широком диапазоне) по давлению и расходу, повышает точность стабилизации выходных параметров газового потока с одновременным обеспечением конструктивной простоты и максимальной унификации с серийно выпускаемыми регуляторами.

Указанные существенные признаки в совокупности, характеризующие сущность заявляемого технического решения, не известны в настоящее время для регулирующих устройств. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Новизна".

Существенные признаки заявляемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии критерию "Изобретательский уровень".

В связи с тем что описанное технического решение предназначено для использования в рамках реальной системы газораспределения и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предлагаемое изобретение соответствует критерию "Промышленная применимость".

На фиг.1 изображена конструктивная схема устройства регулирования параметров газового потока.

На фиг.2 представлена схема соединения устройства регулирования параметров газового потока с внешним управлением.

Устройство (фиг.1) содержит установленный на трубопроводе 1 осевой клапан с эластичным затвором 2, герметично состыкованный с распределителем 3, пилотный регулятор 4, редуктор 5, электропневматический преобразователь 6, два дросселя 7 и 8, манометры 9 и 10. Пилотный регулятор 4 содержит пружинный механизм 11 и регулирующий блок 12, включающий сопло 13, контактирующее с клапаном 14. В пилотном регуляторе 4 между пружинным механизмом 11 и регулирующим блоком 12 выполнена камера управления 15, разделенная с помощью мембран 16 и 17 на две полости А и Б, каждая из которых выборочно по линии связи 18 может быть подключена к выходу (ВЫХ) электропневматического преобразователя 6, пневматический вход (ВХ) которого соединен по линии связи 19 с манометром 9, выходом (ВЫХ) и, через дроссель 7, со вторым входом (ВХ2) редуктора 5. Первый вход (ВХ1) редуктора 5 по линии связи 20 сообщен со вторым выходом (ВЫХ2) распределителя 3, первый выход (ВЫХ1) которого по линии связи 21 соединен с первым входом (ВХ1) пилотного регулятора 4, второй вход (ВХ2) которого по линии связи 22 через дроссель 8 связан с манометром 10, датчиком давления (на фиг.1 не показан) и трубопроводом 1 со стороны низкого давления. Выход (ВЫХ) пилотного регулятора 4 по линии связи 23 соединен со входом (ВХ) распределителя 3.

Схема соединения устройства с внешним управлением (фиг.2) включает блок переработки информации и формирования управляющего сигнала (контроллер) 24, расходоизмерительное устройство 25, датчик давления 26.

Устройство работает следующим образом.

Редуцируемый газ поступает из трубопровода 1 в осевой клапан с эластичным затвором 2. Часть этого газа через распределитель 3 по линии связи 21 поступает на первый вход (ВХ1) пилотного регулятора 4, часть - по линии связи 20 на первый вход (ВХ1) редуктора 5. С первого входа (ВХ1) пилотного регулятора 4 газ через сопло 13, контактирующее с клапаном 14, проходит на выход (ВЫХ) регулятора 4 и по линии связи 23 через распределитель 3 в трубопровод 1.

С выхода (ВЫХ) редуктора 5 газ по линии связи 19 поступает на питание (ВХ) электропневмопреобразователя 6 и через дроссель 7 на второй вход (ВХ2) редуктора 5. Давление на линии связи 19 контролируется манометром 9.

Уставка выходного давления задается пружинным механизмом 11 пилотного регулятора 4 и контролируется манометром 10. Стабилизация выходного давления достигается тем, что отклонение регулируемого давления передается через дроссель 8 по линии обратной связи 22 на второй вход (ВХ2) пилотного регулятора 4, что создает усилие, противодействующее усилию, создаваемому пружинным механизмом 11 и, соответственно, корректирует состояние регулирующего блока 12 пилотного регулятора 4.

Величина выходного параметра может быть изменена дистанционно, для чего на вход (ВХ) электропневмопреобразователя 6 подается внешний управляющий сигнал в стандартном диапазоне 4...20 мА. В электропневмопреобразователе 6 происходит преобразование питающего газа величиной 0,14 МПа в управляющий пневматический сигнал в стандартном диапазоне 0,02...0,1 МПа и пропорциональный входному электрическому. Этот сигнал по линии связи 18 поступает в полость А или Б камеры управления 15. При этом на мембране 16 создается усилие, которое или усиливает воздействие пружинного механизма 11 (при поступлении в камеру А), или ослабляет его (при поступлении в камеру Б). Соответственно изменяется величина выходного давления в трубопроводе 1.

Применение устройства регулирования параметров газового потока (фиг.2) совместно с внешними приборами контроля параметров и средствами переработки информации позволяет выполнить три основные функции: регулирование давления, регулирование расхода газа, повышение точности стабилизации величины выходного параметра.

В контроллер 24 вложена программа, которая преобразует полученную информацию в зависимости от внешнего сигнала в управляющие сигналы на электропневмопреобразователь 6 в стандартном диапазоне от 4 до 20 мА.

Изменение уставки давления (регулирование давления) достигается подачей сигнала из контроллера 24 на электропневмопреобразователь 6. Исполнение контролируется обратной связью от датчика давления 26.

Регулирование расхода (ограничение расхода) также достигается подачей управляющих сигналов на электропневмопреобразователь 6, направленных на изменение выходного давления. Исполнение контролируется обратной связью от расходоизмерительного устройства 25.

Повышение точности выходного параметра (давление, расход) достигается подачей на электропневмопреобразователь 6 корректирующих сигналов из контроллера 24 в зависимости от изменения сигналов от датчиков 25 и 26.

С целью унификации предлагаемого устройства в качестве редуктора 5 применим пилотный регулятор из серийно выпускаемого РДО-1, взятого за прототип.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает получение технического результата, выражающегося в расширении функциональных возможностей устройства, а именно повышении точности регулирования давления, расхода газа, стабилизации выходного параметра с одновременным обеспечением оперативной дистанционной уставки (в широком диапазоне) регулируемого параметра газового потока. При этом достигается максимальная унификация с ранее освоенными производством изделиями и конструктивная простота.

Устройство регулирования параметров газового потока относится к средствам газораспределения и может быть использовано для дистанционного регулирования давления, расхода и точной стабилизации регулируемого параметра любой газообразной среды, кроме агрессивной, в системах газовой, нефтяной и других отраслей промышленности. Технический результат - повышение точности регулирования давления, расхода газа и стабилизация выходного параметра с одновременным обеспечением оперативной дистанционной уставки (в широком диапазоне) регулируемого параметра газового потока, при этом достигается максимальная унификация с ранее освоенными производством изделиями. Устройство содержит установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, пилотный регулятор, включающий пружинный механизм и регулирующий блок, и дополнительно введенные электропневматический преобразователь, редуктор и два дросселя. Между пружинным механизмом и регулирующим блоком пилотного регулятора выполнена камера управления, разделенная с помощью дополнительных мембран на две полости, каждая из которых по выбору может быть подключена к выходу электропневматического преобразователя. 2 ил.

Устройство для регулирования параметров газового потока, содержащее установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, и пилотный регулятор, включающий пружинный механизм и регулирующий блок, первый вход и выход этого регулятора соответственно соединены с первым выходом и входом распределителя, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены электропневматический преобразователь, редуктор и два дросселя, один из которых установлен между трубопроводом со стороны низкого давления и вторым входом пилотного регулятора, в котором между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера управления, разделенная с помощью дополнительных мембран на две полости, каждая из которых выборочно может быть подключена к выходу электропневматического преобразователя, пневматический вход которого сообщен с выходом и через другой дроссель - со вторым входом редуктора, первый вход последнего связан со вторым выходом распределителя.