ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД ДЛЯ РЕГУЛИРУЮЩИХ КЛАПАНОВ Российский патент 2005 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к области автоматизации управления арматурой трубопроводов и касается пневматического привода для регулирующих клапанов преимущественно магистральных газопроводов и газоперекачивающих станций.

Изобретение может быть использовано и для регулирующих клапанов магистральных нефтепроводов при обеспечении пневмопривода соответствующей системой подачи рабочего газа (воздуха).

Известен пневматический привод для антипомпажного регулирующего клапана, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ходовой гайкой, соединенный с выходным шпинделем ходовой винт и устройство конечных выключателей [1].

Наличие возвратных пружин для перемещения шпинделя в случае потери давления в газовой магистрали усложняет конструкцию привода.

В процессе работы постоянно используется дополнительная энергия на сжатие пружин. Кроме того, ухудшаются динамические характеристики привода, обусловленные инерционностью массивных элементов, что влияет на быстродействие привода.

Не обеспечивается информация о текущей величине открытия регулирующего клапана. Возможна информация только при достижении крайних положений, что определяется конечными выключателями.

Известен пневматический привод для регулирующих клапанов газонефтепродуктопроводов, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ходовой гайкой, соединенный с выходным шпинделем ходовой винт и устройство конечных выключателей [2].

Привод снабжен автономным источником аварийной подачи газа в струйный двигатель, вход которого через обратный клапан соединен с магистральным газопроводом.

В случае исчезновения давления в магистральном газопроводе происходит автоматическая подача газа в струйный двигатель от автономного источника и регулирующий клапан полностью открывается.

Таким образом исключаются возвратные пружины для открытия регулирующего клапана при исчезновении давления газа.

Привод срабатывает по сигналам компьютера верхнего уровня, который в зависимости от ситуации на трассе газопровода подает сигнал на электропневматическое управляющее устройство привода. Привод срабатывает пропорционально величине сигнала и открывает или закрывает регулирующий клапан на величину, соответствующую величине сигнала (от 4 до 20 миллиампер). При этом невозможно определить на сколько конкретно открыт регулирующий клапан, т.к. отсутствует соответствующее средство информации об этом.

В связи с современными требованиями точность величины открытия должна быть в пределах 0,5 процента от заданной величины открытия.

Задачей настоящего изобретения является создание такого привода, который обеспечивал бы информацией о реальной текущей величине открытия регулирующего клапана и при превышении допустимых пределов обеспечивал бы авторегулирование (поднастройку) до заданной величины открытия, т.е. обеспечивал бы расширение его функциональных и технологических возможностей.

Косвенным путем величина открытия регулирующего клапана может определяться по величине положения выходного шпинделя привода в промежутке между его конечными положениями.

Поставленная задача решается тем, что пневматический привод для регулирующих клапанов газонефтепродуктопроводов, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ходовой гайкой, устройство конечных выключателей, ходовой винт, соединенный с выходным шпинделем, и автономный источник аварийной подачи газа в струйный двигатель, согласно изобретению, дополнительно снабжен устройством информации о текущей величине положения выходного шпинделя в промежутке между его конечными положениями, которое содержит диск с чередующимися пазами и зубцами по его периферии, диск установлен в корпусе устройства на валике с зубчатым колесом и с помощью зубчатой передачи связан с вращающейся ходовой гайкой редуктора, при этом периферия диска с пазами и зубцами расположена с возможностью взаимодействия с элементами датчиков, а выходы датчиков соединены со входами местного персонального компьютера с возможностью авторегулирования привода (поднастройки до заданной величины положения шпинделя).

Устройство конечных выключателей содержит герконы и постоянные магниты, которые установлены неподвижно, а в промежутке между герконами и постоянными магнитами размещены экранирующие шторки на ползуне, соединенном штоком с траверсой ходового винта.

Сущность изобретения поясняется примерами конкретного выполнения и чертежами.

На фиг.1 - изображен общий вид привода (вид сверху).

На фиг.2 - разрез по осям валов механического редуктора на фиг.1.

На фиг.3 - разрез А-А на фиг.1.

На фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3.

Пневматический привод для регулирующих клапанов содержит электропневматическое управляющее устройство 1 (фиг.1), струйный двигатель 2, механический редуктор 3, ходовую гайку 4 (фиг.2), ходовой винт 5, выходной шпиндель 6, устройство конечных выключателей 7 и устройство информации 8 о текущей величине положения выходного шпинделя (соответственно о величине открытия регулирующего клапана).

Устройство информации 8 о величине положения выходного шпинделя содержит диск 9 с чередующимися пазами и зубцами по его периферии. Диск 9 установлен на валике 10, который расположен на подшипниках в корпусе устройства информации 8.

На валике 10 закреплено зубчатое колесо, которое с помощью зубчатой передачи кинематически связано с вращающейся гайкой 4 редуктора.

Диск 9 периферией с пазами и зубцами располагается, например, в соответствующих промежутках между элементами датчиков 11 (например, датчиков Холла или подобных датчиков).

Выходы датчиков 11 соединены со входами местного персонального компьютера (не показан).

Выходной шпиндель 6 снабжен узлом 12 соединения с регулирующим звеном регулирующего клапана, установленного на магистральном газопроводе.

Фланец 13 привода, с присоединительными размерами в соответствии с присоединительными размерами регулирующего клапана, предназначен для установки на клапан.

Привод снабжен автономным источником 14 (фиг.1) аварийной подачи газа в струйный двигатель 2. Автономный источник 14 через обратный клапан соединен с магистральным газопроводом. Выход автономного источника 14 через пневмоклапан злектропневматического управляющего устройства 1 соединен со входом струйного двигателя 2, через который подается газ на открытие регулирующего клапана.

Устройство конечных выключателей 7 (фиг.3) содержит герконы 15 и постоянные магниты 16, которые установлены в корпусе устройства 7 неподвижно. B промежутке между герконами 15 и постоянными магнитами 16 размещаются экранирующие шторки 17 и 18. Шторки установлены на ползуне 19 с возможностью регулирования положения их на ползуне в направлении перемещения штока 20.

Шток 20 (фиг.2) с помощью кронштейна связан с траверсой 21, установленной на ходовом винте 5. На противоположном конце ходового винта 5 установлена траверса 22.

Траверсы 21 и 22 снабжены регулируемыми упорными винтами 23 для выполнения заданной величины хода Н для обеспечения полного открытия регулирующего клапана в случае исчезновения давления в магистральном газопроводе или при исчезновении электроэнергии питания электропневматического управляющего устройства 1.

Траверсы 21 и 22 перемещаются по направляющим пазам стоек 24 и 25.

Работает привод следующим образом.

В зависимости от сложившейся ситуации на магистральном трубопроводе компьютер верхнего уровня подает сигнал на электропневматическое управляющее устройство. Величина сигнала может лежать в диапазоне от 4 до 20 миллиампер.

Привод срабатывает пропорционально величине сигнала и открывает и закрывает клапан на величину, соответствующую величине сигнала.

При этом устройство информации о текущей величине положения выходного шпинделя подает информацию о реально произведенном перемещении выходного шпинделя и тем самым о реальном положении запорного звена регулирующего клапана. Информация поступает на местный персональный компьютер, который сравнивает заданную величину перемещения компьютером верхнего уровня с реально совершенной величиной перемещения. При этом необходимо, чтобы расхождение между этими величинами было не более 0,5 процента.

Если расхождение составляет более 0,5 процента, компьютер подает импульсный сигнал на электропневматическое управляющее устройство. В результате этого электропневматическое управляющее устройство подает импульс газа на струйный двигатель, а затем производит торможение противодавлением, т.е. подает импульс газа более короткий, чем первый, в другой газовод струйного двигателя.

Таким образом, привод работает в старт-стопном режиме до тех пор, пока расхождение реальной величины открытия с заданной не станет менее 0,5 процента.

Например, компьютер верхнего уровня подает сигнал на открытие регулирующего клапана на 45 процентов. Компьютер верхнего уровня находится на диспетчерском пункте и вырабатывает сигнал в зависимости от сложившейся ситуации на обслуживаемой трассе газопровода (давление, температура, расход газа, скорость потока и др. факторы).

Сигнал поступает на конкретное электропневматическое управляющее устройство привода и местный персональный компьютер. На дисплее персонального компьютера фиксируются заданные параметры, а при работе привода изображается график с величинами процента открытия регулирующего клапана и времени срабатывания.

После срабатывания привода процент открытия регулирующего клапана может не совпадать с заданным. На это могут влиять температура окружающей среды, нестабильность давления в газопроводе, изменение момента сопротивления в зависимости от наличия смазки, изменения плотности смазки и др. факторов. Например, персональный компьютер показывает величину открытия 44,4 процента. Расхождение 0,6 процента превышает допустимую величину 0,5 процента. В связи с этим персональный компьютер подает сигнал на электропневматическое управляющее устройство, которое выполняет 1-2 импульса подачи газа в струйный двигатель. После чего процент открытия достигает, например, 44,7 процента. Расхождение 0,3 процента в пределах допустимого. Привод останавливается, ждет следующих сигналов.

Точность открытия регулирующего клапана необходима для нормальной работы компрессора.

Регулирующие клапаны в основном применяются в обвязке компрессора компрессорной станции. При аварийной ситуации, например при падении давления газа до или после компрессора, привод работает в автономном режиме с использованием автономного источника аварийной подачи газа в струйный двигатель привода.

При этом привод работает независимо от компьютера верхнего уровня и местного персонального компьютера.

При падении давления в газопроводе компрессор работает без нагрузки, может пойти в разнос и разрушиться, чтобы этого не произошло, привод регулирующего клапана в течение 2 секунд открывает регулирующий клапан. При этом газ закольцовывается на территории газокомпрессорной станции, обеспечивая нагрузку компрессору, что исключает разнос и разрушение компрессора.

В случае исчезновения электроэнергии электромагнит соответствующего пневмоклапана электропневматического управляющего устройства 1 прекращает действовать на пневмоклапан. Пневмоклапан под действием пружины открывается и газ из автономного источника 14 поступает в струйный двигатель привода. При этом привод производит полное открытие регулирующего клапана за время, не более 2 секунд.

Таким образом расширяются функциональные и технологические возможности пневматического привода и решаются задачи современных требований.

Из доступных источников информации авторы не выявили устройство со сходными признаками.

Пневматический привод регулирующего клапана выполним в условиях серийного производства на существующем оборудовании машиностроительного завода и не требует уникального оборудования и специального инструмента.

В конструкции привода используются широко известные материалы, элементы систем управления и покупные изделия.

Привод прошел заводские стендовые испытания и испытания в полевых условиях, результаты положительные.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации N 2171922, кл. F 15 B9/03, 15.12.2000 г.

2. Патент Российской Федерации N 2174629, кл. F 15 B9/03, 27.12.2000 г.

Привод предназначен для регулирования клапанов магистральных газонефтепродуктопроводов. Привод содержит электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ходовой гайкой, устройство конечных выключателей и ходовой винт, соединенный с выходным шпинделем, и автономный источник аварийной подачи газа в струйный двигатель, при этом он дополнительно снабжен устройством информации о текущей величине положения выходного шпинделя в промежутке между его конечными положениями, которое содержит диск с чередующимися пазами и зубцами по его периферии, диск установлен в корпусе устройства на валике с зубчатым колесом и с помощью зубчатой передачи связан с вращающейся ходовой гайкой редуктора, при этом периферия диска с пазами и зубцами расположена с возможностью взаимодействия с элементами датчиков, а выходы датчиков соединены со входами местного персонального компьютера с возможностью авторегулирования привода. Технический результат - повышение надежности. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пневматический привод для регулирующих клапанов газонефтепродуктопроводов, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ходовой гайкой, устройство конечных выключателей и ходовой винт, соединенный с выходным шпинделем, и автономный источник аварийной подачи газа в струйный двигатель, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен устройством информации о текущей величине положения выходного шпинделя в промежутке между его конечными положениями, которое содержит диск с чередующимися пазами и зубцами по его периферии, диск установлен в корпусе устройства на валике с зубчатым колесом и с помощью зубчатой передачи связан с вращающейся ходовой гайкой редуктора, при этом периферия диска с пазами и зубцами расположена с возможностью взаимодействия с элементами датчиков, а выходы датчиков соединены со входами местного персонального компьютера с возможностью авторегулирования привода.2. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что устройство конечных выключателей содержит герконы и постоянные магниты, которые установлены неподвижно, а в промежутке между герконами и постоянными магнитами размещены экранирующие шторки на ползуне, соединенном штоком с траверсой ходового винта.