Усилитель регулятора давления газа Российский патент 2020 года по МПК G05D16/20 

Изобретение относится к области регулирующей аппаратуры и касается усилителей давления газа для формирования командного давления на регулятор давления газа, например, в системе регулирования давления газа в газораспределительных станциях (ГРС).

Известно командное устройство, включающее мембрану с задающей пружиной и штоком, образующим седло сферического клапана, являющегося сбросным клапаном, который связан со вторым сферическим клапаном, являющимся рабочим клапаном, при этом полость между клапанами является командной, а полость за сбросным клапаном через центральное сечение в штоке сообщено с полостью слева от мембраны и являющейся полостью обратной связи (патент РФ на полезную модель №155506 МПК G01L 7/00, 07.10.2014)

Недостатком устройства при хорошей герметичности клапанов является увеличение холостого хода клапанов и вследствие чего увеличение нечувствительности усилителя.

Известен регулятор-усилитель спаренный, содержащий два цилиндрических корпуса с полостями входного, командного и выходного давления, клапан-поршень, поршень-шток, сдвоенный клапан, седло, устройство нажимное (патент РФ на полезную модель №147597, МПК G05D 16/00, 10.11.2014)

Недостатком данного устройства является недостаточная чувствительность при знакопеременных нагрузках.

Известен усилитель регулятора давления газа, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде двух мембран, между которыми размещен регулирующий орган, включающий шток, жестко закрепленный в корпусе с установленным в нем соплом, взаимодействующим с седлом, установленном на хомуте, причем хомут соединен с мембранами при помощи тарелки, диска и гаек (патент РФ на полезную модель 171287, МПК G05D 16/06, 09.08.2016)

Недостатком данного устройства является возможность колебательных процессов мембранного узла на минимальных расходах газа через регулятор давления газа.

Известен пилот-регулятор, работающий совместно с регулятором давления, содержащий корпус, штуцер подачи импульсного газа, моноклапан с двумя коническими поверхностями, седло подвижное, опирающееся на вторую коническую поверхность моноклапана, поршень измерительный со штоком, полости командного давления и обратной связи, при этом входной участок седла неподвижного и входной участок седла подвижного выполнены в виде тонкостенных цилиндрических обечаек с возможностью упругой деформации при контакте с моноклапаном (патент РФ на изобретение 2010708, МПК G05D 16/00, 31.12.2015).

Недостатком данного устройства и перечисленных аналогов является плохое качество регулирования на переходных режимах работы, особенно при возмущениях на режимах малого расхода газа через регулятор давления газов.

Известен усилитель регулятора давления газа, содержащий корпус, крышку со штуцером подачи импульсного газа, моноклапан с возвратной пружиной, седло подвижное, поршень измерительный со штоком, который выполнен подвижным относительно поршня измерительного, при этом шток снабжен дополнительным поршнем обратной связи, воздействующим на клапан подачи импульсного газа, при этом пружина задающая, воздействуя непосредственно через опору и шарик на этот поршень обратной связи образует дополнительную обратную связь для клапана подачи импульсного газа. Введение такой дополнительно обратной связи улучшает качество регулирования давления (патент РФ на изобретение №2681513 МПК G05L 16/1024.04.2018 г.).

Недостатком данного усилителя, принятого за прототип, при хорошем качестве регулирования, является отсутствие дистанционного регулирования или перенастройки величины давления за регулятором давления, а также поднастройки его величины при необходимости по ходу эксплуатации.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в реализации дистанционного изменения настройки или подрегулировки регулятора давления газа при сохранении хорошего качества регулирования прототипа.

Технический результат достигается тем, что в усилителе регулятора давления газа для формирования командного давления на регулятор давления газа, например, в системе регулирования давления газа, в газораспределительных станциях (ГРС), содержащим корпус, крышку со штуцером подачи импульсного газа, моноклапан с возвратной пружиной, седло неподвижное, седло подвижное, поршень измерительный со штоком, полость командного давления, соединенную с каналом командного давления, полость давления обратной связи, пружину задающую, при этом шток поршня измерительного выполнен подвижным относительно поршня измерительного с уступом для контакта с этим поршнем и снабжен дополнительным поршнем обратной связи, размещенном во втулке, коаксиально размещенной в корпусе усилителя, при этом дополнительный поршень и втулка образуют полость, сообщаемую через радиальное и осевое сверления в подвижном штоке либо с полостью командного давления через центральное сверление в моноклапане, либо с полостью давления обратной связи через щелевой зазор между моноклапаном и седлом подвижным, выполненном в штоке подвижном и имеющим плоскую форму, причем шток через дополнительный поршень и шарик нагружен пружиной задающей; моноклапан кроме центрального сверления имеет два радиально разнесенных сверления: первое для сообщения с полостями командного давления усилителя и регулятора давления и второе через проточку на моноклапане с полостью за клапаном постоянного перепада давлений в линии подачи импульсного газа через щель между седлом неподвижным и левым торцом моноклапана, правый плоский торец которого находится в контакте с седлом подвижным, новым является то, что узел дополнительной обратной связи в составе штока поршня измерительного с дополнительным поршнем обратной связи, нагруженного через шарик и опоры пружины задающей, снабжен поворотным электромеханизмом, воздействующим через винтовой валик на пружину задающую, меняя ее затяжку согласно алгоритмам системы автоматического управления (САУ) по сигналам задатчика режимов и сигналам обратной связи по давлению за регулятором давления газа.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема усилителя с регулятором давления газа, на фиг. 2 - схема рабочего клапана, на фиг. 3 - схема сбросного клапана.

Усилитель 1 регулятора давления газа 2 содержит корпус 3, крышку 4 со штуцером 5 подвода импульсного газа через клапан постоянного перепада давлений (КППД) 6 со входа 7 в регулятор давления газа 2. Крышка 4 фиксирует опору 8 с пружиной 9 моноклапана 10, размещенного в седле неподвижном 11. Эта левая часть моноклапана 10 с седлом неподвижным 11 образуют рабочий клапан «Р» (фиг. 2).

На одной оси с моноклапаном 10 размещен шток 12 поршня измерительного 13. При этом шток 12 выполнен подвижным относительно поршня измерительного 13 и имеет уступ 14 для контакта с этим поршнем. Шток 12 содержит дополнительный поршень обратной связи 15, размещенный в неподвижной втулке 16. Поршень 15 и втулка 16 образуют полость 17. Эта полость может быть сообщена через радиальное 18 и осевое сверление 19 в подвижном штоке 12 либо с полостью командного давления 20 через центральное отверстие 21 в моноклапане 10, либо с полостью давления обратной связи 22 через щелевой зазор 23 между моноклапаном 10 и седлом подвижным 24, выполненном в штоке подвижном 12 и имеющим плоскую форму. Эта правая часть моноклапана 10 и седло подвижное 24 образуют сбросной клапан «с» (фиг. 3).

Моноклапан 10 наряду с центральным сверлением 21 имеет два радиально разнесенных сверлений: сверление 25 (фиг. 2) сообщено с полостью командного давления 20, которая сообщена каналами 26 и 27 подачи командного давления в командную полость 28 регулятора давления газа 2 и сверление 29 для подачи импульсного газа, отбираемого со входа 7 в регулятор давления 2 через КППД 6, канал 30, щель 31 между седлом неподвижным 11 и левым торцем 32 моноклапана 10 и проточку 33, в центральное сверление 21 моноклапана 10. Правый торец 34 (фиг. 3) моноклапана 10 находится в контакте с седлом подвижным 11.

Узел дополнительной обратной связи в составе штока 12 поршня измерительного 13 с дополнительным поршнем обратной связи 15, нагруженного через шарик 35 и опору 36 пружиной задающей 37, снабжен поворотным электромеханизмом 38, воздействующим через винтовой валик 39 на пружину задающую 37, меняя ее затяжку (настройку). Управление электромеханизмом 38 осуществляется системой автоматического управления (САУ) 40ГРС по сигналам 41 от задатчика режимов САУ 40 по сигналом обратной связи 42 по давлению газа за регулятором давления 2 от датчика давления 43. Сигналы обратной связи для регулятора давления 2 и усилителя 1 заведены из полости 44 за редуцирующим клапаном 45 регулятора давления 2 через каналы 46 и 47 в пружинную полость 48 регулятора давления 2 и в полость обратной связи 22 усилителя 1 через каналы 46 и 49 соответственно.

Усилитель регулятора давления газа работает следующим образом.

На равновесных режимах, задаваемых уставкой задатчика режимов САУ 40 по сигналу 41 на поворотный электромеханизм 38, последний через винтовой валик 39 воздействуя через опоры 36 нагружает пружину задающую 37, которая через шарик 35 задает положение поршня дополнительный обратной связи 15. Заданное фикированные положение поршня обратной связи 15 определяет положение клапанов рабочего «Р» и сбросного «С».

Соответственно в полостях командного давления 20 усилителя 1 и 28 регулятора давления 2 устанавливается фиксированное давление. Положение клапанов «Р» и «С» определяется также давлением в полости обратной связи 23, усилием возвратной пружины 9 и давлением в полости 17. Указанное фиксированное давление определяет соответственно заданный уровень регулируемого давления за регулятором давления газа 2.

На переходных режимах (изменение нагрузки сети - изменение расхода и давления газа, а также перенастройка уровня давления за регулятором давления газа 2 от САУ 40 через поворотный электромеханизм 38) для улучшения качества регулирования (уменьшение заброса давления за регулятором давления газа 2 и устранение возможных автоколебаний) служит дополнительная обратная связь по давлению за рабочим клапаном «Р». Например, при падении давления в сети за регулятором давления газа 2 сигнал обратной связи по давлению по каналу 48 проходит в полость давления обратной связи 22 как уменьшение давления. В результате, под действием пружины задающей 37 через шарик 35, шток 12 вместе с поршнем измерительным 13 через моноклапан 10 открывается рабочий клапан «Р» одновременно закрывая клапан сбросной «С» и соединяя полость 17 через центральное сверление 19 в седле подвижном 24 и сверление 21 в моноклапане 10 с подводом командного давления за рабочим клапаном «Р». При этом открытие рабочего клапана «Р» увеличивает командное давление в полости 28 регулятора давления 2 на открытие клапана 45 и тем самым увеличение давления в сети. Одновременно с этим под действием давления в полости 17 поршень дополнительной обратной связи 15 сместится вправо и вслед за ним сместится вправо моноклапан 10 под действием пружины 9, прикрывая рабочий клапан «Р» и уменьшая командное давления. Тем самым дополнительная обратная связь устраняет возможность перерегулирования и возникновения автоколебаний.

Введение на поворотный электромеханизм 38 обратной связи, по давлению за регулятором давления 2 от датчика давления 43 позволяет также автоматически корректировать уровень заданного давления за регулятором давления 2 в случае «ухода» его характеристик, например, увеличения трения в парах трения, загрязнения и пр.

Таким образом, введение в усилитель дистанционной перенастройки и подрегулировки режимов работы регулятора давления газа через узел дополнительной обратной связи усилителя позволило сократить регламент технического обслуживания при повышенном качестве регулирования, что направлено на выполнение общих технических требований стандарта ПАО «Газпром» СТО Газпром 2-2.3-1081-2016 и типовых технических требований к АГРС НП-1 (нового поколения).

В усилителе регулятора давления газа в измерительном поршне, управляющем через шток и моноклапан двумя клапанами - рабочим и сбросным, для выработки командного давления на исполнительный орган регулятора давления газа путем сравнения усилия от давления обратной связи за регулятором давления газа с одной стороны поршня и пружины задающей с другой стороны, размещен шток с возможностью перемещения его относительно измерительного поршня. Указанный шток снабжен поршнем дополнительной обратной связи, размещенным во втулке и образующим с ней полость, сообщаемую с рабочим клапаном. Изменение давления в сети воспринимается как обратная связь измерительным поршнем, воздействующим на рабочий клапан для выработки командного давления на исполнительный орган регулятора давления газа на восстановление заданного уровня давления в сети. Одновременно с этим противоположное измерительному поршню перемещение поршня дополнительной обратной связи вызывает изменение, противоположное по знаку, величины командного давления на исполнительный орган регулятора давления, тем самым устраняя возможность перерегулирования, т.е. повышая качество регулирования. Для дистанционного управления усилителем с целью изменения уровня настройки давления газа за регулятором давления или его корректировки усилитель снабжен поворотным электромеханизмом. 3 ил.

Усилитель регулятора давления газа для формирования командного давления на регулятор давления газа, например, в системе регулирования давления газа в газораспределительных станциях (ГРС), содержащий корпус, крышку со штуцером подачи импульсного газа, моноклапан с возвратной пружиной, седло неподвижное, седло подвижное, поршень измерительный со штоком, полость командного давления, сообщенную с каналом командного давления, полость давления обратной связи, пружину задающую, при этом шток поршня измерительного выполнен подвижным относительно поршня измерительного с уступом для контакта с этим поршнем и снабжен дополнительным поршнем обратной связи, размещенным во втулке, коаксиально размещенной в корпусе усилителя, при этом дополнительный поршень и втулка образуют полость, сообщаемую через радиальное и осевое сверления в подвижном штоке либо с полостью командного давления через центральное сверление в моноклапане, либо с полостью давления обратной связи через щелевой зазор между моноклапаном и седлом подвижным, выполненным в штоке подвижном и имеющим плоскую форму, причем шток через дополнительный поршень и шарик нагружен пружиной задающей; моноклапан кроме центрального сверления имеет два радиально-разнесенных сверления: первое для сообщения с полостями командного давления усилителя и регулятора давления и второе через проточку на моноклапане с полостью за клапаном постоянного перепада давлений в линии подачи импульсного газа через щель между седлом неподвижным и левым торцом моноклапана, правый плоский торец которого находится в контакте с седлом подвижным, отличающийся тем, что узел дополнительной обратной связи в составе штока поршня измерительного с дополнительным поршнем обратной связи, нагруженного через шарик и опоры пружиной задающей, снабжен поворотным электромеханизмом, воздействующим через винтовой валик на пружину задающую, меняя ее затяжку согласно алгоритмам системы автоматического управления (САУ) по сигналам задатчика и сигналам обратной связи по давлению за регулятором давления газа.