УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2007 года по МПК G05D7/06 G05D7/01 G01F1/34 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах добычи и транспортировки газа и жидкости, например в газоперекачивающих, энергетических и химических установках.

Известен регулятор давления - ограничитель расхода газа, содержащий корпус с входным и выходным фланцами. В корпусе размещен регулятор-ограничитель, установленный со стороны входа газа. К входному фланцу пристыкована высоконапорная магистраль, а к выходному фланцу корпуса своим фланцем пристыкован переходник, внутри которого установлено сопло Вентури, а к свободному фланцу переходника пристыкован второй, аналогичный первому, корпус с установленным в нем регулятором-ограничителем. К выходному фланцу второго корпуса подсоединена низконапорная магистраль потребления. Регуляторы-ограничители и сопло установлены соосно друг другу. Регуляторы снабжены пилотными устройствами, состоящими из редуктора и усилителя. Для обеспечения настройки регуляторов-ограничителей каждое пилотное устройство снабжено манометрами, показывающими последовательно входное давление, давление питания, управляющее давление, причем пилотное устройство первого регулятора дополнительно снабжено манометром, показывающим давление обратной связи, то есть давление на входе в сопло Вентури. Пилотное устройство второго регулятора снабжено аналогичными показывающими манометрами.

В процессе работы регулятора давления на его вход подается газ из высоконапорной магистрали. В соответствии с максимальным расходом газа, согласованным с потребителем, и учитывая величину давления, поддерживаемого в низконапорной магистрали, устанавливают соответствующее сопло Вентури и задают значение давления перед ним, величина которого устанавливается редуктором и пневмоусилителем первого регулятора, при этом контроль давления осуществляется по показаниям манометров. Аналогичным образом используется пилотное устройство второго регулятора, где устанавливается величина давления в низконапорной магистрали потребления.

При несанкционированном потреблении газа выше установленного регулятором, в сопле Вентури устанавливается критический режим течения, после чего величина расхода становится постоянной, а давление газа в магистрали потребления автоматически понижается со скоростью, определяемой величиной превышения газопотребления и массой газа в объеме низконапорной магистрали потребления. При газопотреблении, не превышающем заданной максимальной величины, сопло Вентури работает в дозвуковом режиме, а второй регулятор поддерживает давление, необходимое потребителю (см. патент РФ №2150139, кл. G 05 D 16/10, 2000 г.).

В результате анализа выполнения известного регулятора необходимо отметить, что в нем регулирование газа осуществляется в весьма узких пределах, в противном случае, необходима установка сменного сопла Вентури с другими параметрами, что неудобно и занимает много времени. Кроме того, выполнение данного устройства не предполагает возможности его дистанционного управления в процессе функционирования.

Известно запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус с входным и выходным патрубками, имеющими возможность соединения с магистралью подачи рабочей среды (жидкости или газа). В корпусе устройства размещены запорные клапаны. К запорным клапанам подключены преобразователи, связанные с блоком (модулем) управления, имеющим выход для обеспечения возможности внешнего (дистанционного) управления.

Каждый клапан выполнен в виде полого поршня, подпружинен упругим элементом на запирание и снабжен механизмом его перемещения и датчиком положения.

Каждый преобразователь выполнен в виде электропневматического триггера и содержит два электропневмоклапана, пневмоцилиндр с поршнем, реечную передачу, два дросселя и поворотный затвор.

Модуль управления содержит преобразователь «ток - напряжение», последовательно соединенный с аналогово-цифровым преобразователем, связанным с блоком формирования управляющих импульсов, а последний связан с блоком ключевых усилителей мощности, как минимум, один из входов которого является для модуля управления входом для внешнего управления.

В исходном положении все запорные клапаны закрыты. Давление рабочей среды поступает на входы преобразователей. Электропневматические триггеры при этом обесточены, поршни находятся в левом положении, а поворотные затворы обеспечивают поступление рабочей среды в пружинные полости запорных клапанов.

При подаче управляющего токового сигнала, например, с дистанционного пульта на модуль управления данный сигнал преобразуется в напряжение, затем в аналого-цифровом преобразователе в цифровой код, который поступает на блок формирования управляющих импульсов, управляющих срабатыванием электропневмоклапанов. При срабатывании электропневмоклапанов открывается доступ рабочей среды в одну из полостей пневмоцилиндра, другая полость которого сообщена с атмосферой. Под действием разности давлений поршень совершает перемещение и через реечную передачу переводит поворотный затвор в положение, при котором подпоршневая полость запорного клапана сообщается с атмосферой, в результате чего давление в подпоршневой полости уменьшается и под действием рабочей среды запорный клапан, преодолевая усилие пружины, совершает перемещение, открывая проход рабочей среде. Сигнал положения запорного клапана (сигнал обратной связи) поступает на модуль управления и на внешний пульт управления. При изменении управляющего сигнала изменяется и проходное сечение запорно-регулирующего устройства. (см. патент РФ №2037178, кл. G 05 D 7/06, 1995 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа выполнения известного устройства необходимо отметить, что оно позволяет осуществлять регулировку подачи рабочей среды в достаточно широких пределах, постоянно контролирует в процессе работы положение запорного клапана, то есть площадь проходного сечения, причем управление устройством может осуществляться дистанционно.

Однако, учитывая, что регулирование подачи рабочей среды осуществляется дискретно, а само устройство содержит целую гамму дублирующих механизмов перемещения запорных клапанов, точность регулирования весьма невысока, что обусловлено также и тем, что регулирование устройства осуществляется только с учетом одного параметра - давления рабочей среды на входе в устройство. Учитывая, что механизм управления положением запорного клапана весьма сложен конструктивно, надежность его невысока.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства регулирования параметров рабочей среды, позволяющего осуществлять регулирование подачи рабочей среды с высокой точностью в автоматическом режиме, в том числе дистанционно, с пульта правления, находящегося на удалении от управляемого объекта.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве регулирования подачи рабочей среды, содержащем корпус, в котором установлен запорный клапан, механизм регулирования положения запорного клапана, модуль управления положением клапана, имеющий возможность соединения с внешним пультом управления и включающий блок ввода уставок, связанный с блоком управления механизмом клапана датчик положения запорного клапана, связанный с блоком управления механизмом запорного клапана, новым является то, что устройство снабжено блоком вычисления расхода среды и блоком контроля ее выходного давления, связанными с блоком ввода уставок, датчиками давления и температуры рабочей среды на входе дозатора, в корпусе которого установлен запорный клапан, датчиками давления рабочей среды соответственно на выходе дозатора и в выходной магистрали, причем датчики давления на входе и выходе дозатора, датчик температуры и датчик положения запорного клапана связаны с входами блока вычисления расхода, а датчик давления рабочей среды в выходной магистрали - с входом блока контроля выходного давления, при этом выход блока вычисления расхода и выход блока контроля выходного давления связаны с блоком управления механизмом регулирования положения запорного клапана.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлена схема устройства регулирования подачи рабочей среды.

Устройство регулирования подачи рабочей среды содержит состыкованный с трубопроводом 1 высокого давления дозатор 2 среды (например, газа) с установленным в его корпусе запорным клапаном 3, например, тарельчатого типа с управляемым положением створок. Такие клапаны известны. Установленный в корпусе запорный клапан имеет возможность перемещения посредством механизма 4. В качестве механизма перемещения может быть использован управляемый моментный мотор. Положение запорного клапана (створок запорного клапана при выполнении его тарельчатым) отслеживается датчиком 5. В трубопроводе 1 перед входом в дозатор установлены датчики 6 и 7, соответственно, давления (Р1) и температуры (Т) подаваемой среды. На выходе дозатора установлен датчик 8 для измерения давления (Р2) рабочей среды за дозатором. Датчик 9 предназначен для измерения давления (Р3) рабочей среды в выходной магистрали.

Устройство имеет модуль управления 10, который каналами 11 связан с датчиками 5, 6, 7, 8, 9.

Модуль управления содержит блок 12 вычисления расхода среды, блок 13 управления механизмом перемещения (мотором) запорного клапана, блок 14 контроля выходного давления среды, блок 15 ввода уставок и индикации параметров (командный блок). Блок 15 посредством канала связи 16 имеет возможность соединения с системой автоматического управления работой газораспределительной станции (САУ ГРС).

Блок 15 двунаправленными каналами связи (позициями не обозначен) связан с блоками 12, 13, 14.

Выходы блоков 12 и 14 соединены с входами блока 13.

Входы блока 12, как уже указывалось выше, каналами 11 соединены с датчиками 5, 6, 7, 8. Вход блока 14 каналом связи 11 соединен с датчиком 9, а блок 13 - с датчиком 5.

Все блоки модуля управления, равно как и элементы устройства, являются известными, их выполнение не является предметом патентной охраны, поэтому в данных материалах они не раскрыты.

Устройство регулирования подачи среды работает следующим образом.

Работу устройства рассмотрим на примере подачи газа от газораспределительной станции к потребителям.

Газовый поток поступает по трубопроводу 1 в дозатор 2 к запорному клапану 3. Давление и температура подаваемого газа измеряются соответственно датчиками 6 и 7 и показатели давления и температуры подаются на блок 12 вычисления расхода среды, где определяется расход газа. Датчик 8 определяет давление на выходе дозатора 2 и подает соответствующие сигналы в блок 12, а датчик 9 измеряет давление в выходной магистрали и передает соответствующие сигналы в блок 14 контроля выходного давления газа.

Датчик 5 определяет положение запорного клапана 3. На блок 15 поступают сигналы с диспетчерского пункта по максимально допустимому расходу газа и минимально и максимально допустимому значению давления в выходной магистрали. Эти значения передаются в блоки 12 и 14. Блок 12 в соответствии с сигналами от блока 15, сигналами с датчиков 6, 7, 8 и в зависимости от положения запорного клапана (определяется датчиком 5) производит вычисление текущего расхода газа, сравнивает его со значениями, полученными с блока 15, и полученный сигнал разности передает в блок 13 для управления механизмом 4.

Блок 14 тем временем сравнивает текущее значение давления газа в выходной магистрали с заданными значениями минимального и максимального допустимых значений, поступаемых с блока 15, и полученные сигналы разности передает на блок 13. Блок 13 по полученным управляющим сигналам с блоков 12 и 14 и сигналу о положении запорного клапана 3 выдает управляющий сигнал на механизм 4 для регулирования положения запорного клапана 3, который соответствующим образом изменяет проходное сечение трубопровода 1, обеспечивая тем самым заданное значение расхода газа.

В случае необходимости командного перемещения запорного клапана, например при аварийном отключении подачи газа, команда с пульта управления по каналу 16 передается на блок 15, а с него - на блок 13, который включает механизм 4 на перекрытие запорным клапаном трубопровода и прекращение подачи газа.

Данное устройство позволяет осуществить подачу рабочей среды (жидкости, газа) потребителям с выдерживанием заданных параметров подачи среды на основе сравнения ее входных и выходных параметров и автоматического поддержания заданных параметров в процессе работы устройства.

Изобретение может быть использовано в системах добычи и транспортировки газа и жидкости. Устройство содержит корпус дозатора рабочей среды, в котором установлен запорный клапан (например, тарельчатого типа). Датчики давления на входе и выходе дозатора, датчик температуры и датчик положения запорного клапана связаны с входами блока вычисления расхода. Датчик давления рабочей среды в выходной магистрали устройства связан с входом блока контроля выходного давления. Выход блока вычисления расхода и выход блока контроля выходного давления связаны с блоком управления механизмом регулирования положения запорного клапана. Упомянутые блоки соединены с блоком ввода уставок модуля управления. Изобретение обеспечивает повышение точности регулирования в автоматическом режиме, дистанционно с удаленного пульта управления. 1 ил.

Устройство регулирования подачи рабочей среды, содержащее корпус, в котором установлен запорный клапан, механизм регулирования положения запорного клапана, модуль управления, имеющий возможность соединения с внешним пультом управления и включающий блок ввода уставок, связанный с блоком управления механизмом регулирования положения клапана, датчик положения запорного клапана, связанный с блоком управления механизмом регулирования положения клапана, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком вычисления расхода рабочей среды и блоком контроля ее выходного давления, связанными с блоком ввода уставок, датчиками давления и температуры рабочей среды на входе дозатора, в корпусе которого установлен запорный клапан, датчиками давления рабочей среды, соответственно на выходе дозатора и в выходной магистрали, причем датчики давления на входе и выходе дозатора, датчик температуры и датчик положения запорного клапана связаны со входами блока вычисления расхода, а датчик давления рабочей среды в выходной магистрали - со входом блока контроля выходного давления, при этом выход блока вычисления расхода и выход блока контроля выходного давления связаны с блоком управления механизмом регулирования положения запорного клапана.