Регулятор давления для насосной станции магистрального трубопровода Советский патент 1980 года по МПК G05D16/20 

Изобретение относится к автоматическому регулированию насосных станций, работагадих на магистральных тру бопЕюводах из насоса в насос, и предназначено для автоматического ре гулирования режима работы насосной станции и для ее остановки при разрыве трубопровода. Известны устройства для регулирования режима работы насосной станций на магистральных трубопроводах.К таким известным устройствам можно отнести электрогидравлическое устройство для регулирования давления и регулятор давления жидкости для насосной станции l. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является регулятор давления жидкости содержащий датчики и задатчики давЛенин, установленные на входе и выходе насосной станции и подключенные выходами к соответствующим входам блока управления, первые выходы которого соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, вторые выходы - с соответствующими входами первого элемента И, а третьи выходысо входами соответствующих усилителей с однополярными выходами, выходы которых подключены к первому входу первого порогового элемента, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, задатчик скорости вращения электрюдвигателя исполнительного механизма, выход которого подключен к первому входу второго порогового элемента, связанного выходом с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом усилителя мощности, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выходы через соответствующие концевые выключатели - с исполнительным механизмом, а также, источник питания и установленный на валу электродвигателя исполнительного механизма, тахогенератор, обмотки которого подключены ко входам соответственно первого и второго пороговых элементов 2. Однако такие регуляторы осуществляют регулирование режима работы насосных станций при изменениях давления на выходе и входе насосной станции. В случае уменьшения давления на входе насосной станции,что может быть при повреждении трубопровода до насосной станции, уменьшают частоту вращения вала двигателя насосной станции вплоть до малой. Однако при повреждении(разрыве) трубопровода впереди насосной станции,эти регуляторы, наоборот, будут стремиться увеличить частоту вращения вала двигателя насосной станции, и тем самым подачу насоса, что будет при одить к большим потерям перекачиваемого горючего. Работа регулятора в этом случае не является экономичной. Цель изобретения - повышение точности и экономичности регу11ятора. Экономичность регулятора определяется сокращением значительных потерь перекачиваемого горючего, за счет остановки насосной станции при повреждении трубопровода, исключением резкого повышения давления на участке трубопровода до останавливаемой насосной станции и получением информации о состоянии трубопровода после его повреждения (раз рыв а) .

Для достижения указанной цели в регулятор дополнительно введены последовательно соединенные второй элемент ИЛИ, элемент НЕ, и четвертый элемент И, а также два реэистивных делителя напряжения развяэыванмцие диоды, размыкающую кнопку, переключающий тиристор, электромагнитное реле и контактный датчик скорости снижения давления в трубопроводе через замыкающий контакт которого к источник питания подключен первый резистивный делитель напряжения, параллельно которому подключены последовательно соединенные электромагнитное реле, и переключакадий тиристор, и размыкающая кнопка управляющий электрод переключающего т иристора соединен со средней точкой первого резистивного делителя напряжения, параллельно обмотке электромагнитного реле подключены последовательно соединенные второй реэистивный делитель напряжения и первый развязывающий диод, анод которого через второй развязываквдий диод подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, средняя точка второго резистивного делителя напряжения третий развязывакедий диод подключен ко входу первого порогового элемента, замыкающий контакт электромагнитного реле подключен параллельно к соответствующему концевому выключателю,второй вход -второго элемента ИЛИ, соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход - со вторым входом второго элемента И, второй вход четвертого элемента И соединен с выходом первого элемента .И, а выход - с вторым входом третьего элемента И.

Блок-схема регулятора представлена на чертеже.

Регуля ор содержит датчики 1 и 2 давления,задатчики 3 и 4 давления на

входе и выходе насосной станции,блок 5 управления, логическое устройство выбора сигналов, которое содержит первый элемент ИЛИ 7, первый элемент И 8, второй элемент ИЛИ 9, четвертьай элемент И 10, элемент.НЕ 11, второй и третий элементы И 12 и 13, усили-f тель 14 мощности, концевые выключатели 15, 16 и 17, исполнительный механизм 18 с тахогенератором 19, расположенном на одном валу электродвигателем исполнительного механизма, два усилителя 20 и 2.1 с однополярными выходами, первый пороговый элемен 22 с регулируемьам порогом срабатывания, второй пороговый элемент 23 с устанавливаемым порогом, задатчик 24 скорости вращения электродвигателя исполнительного механизма, контактны датчик скорости снижения давления 25 в трубопроводе, замыкающий контакт которого может быть выполнен, например в виде геркона 26, поршень 27 с магнитом, пружину 28, размыкающую кнопку 29, переключакнций тиристор 30, электромагнитное реле 31, регу лятор содержит также сигнальн5по лампу 32, развязывающую диоды 33, 34 и

35,два резистивных делителя напряжения, состоящих КЗ сопротивлений

36,37, 38 И 39. Исполнительный механизм 18 воздействует на рейку управления подачей топлива к двигателю насосной станции 40, что приводит к изменению частоты вращения вала двигателя в сторону увеличения или уменьшения, зa влкгuoщий контакт 41 электромагнитного реле 31.

Работа регулятора давления осуществляется следующим образом.

Сигналы с датчиков 1 и 2 давления на входе и выходе насосной станции поступают в блок 5 управления, где они сравниваются с сигналами соответствующих задатчиков 3 и 4. Блок 5 управления формирует трехпозиционный закон по каждому из регулируемых параметров. В соответствии с этим на его выходах могут формироваться следуквдие сигналы по каждому регулируемому параметру: Давление выше заданного ; Давление равно заданному ; . Давление ниже заданного. Эти сигналы поступают на вход логического устройства выбора сигналов б. Причем на вход первого логического элемента ИЛИ 7 поступают сигналы, требующие снижения частоты вращения вала двигателя насосной станции 40, т.е. когда давление на выходе насосной ctaнции вьаиё заданного, а давление на входе насосной станции ниже заданного. На вход первого логического элемента И 8 поступают сигналы, требующие увеличения частоты вращения вала двигателя насосной станции 40, т.е. когда давление на входе насосной станции выше заданного, а давление на выходе насосной станции ниже заданного. Такая схема логического устройства выбора сигналов обеспе чивс.ет преимущественное прохождение через него сигналов, требующих частоты вращения вала двигателя насосной станции 40. Выход логического устройства 6 выбора сигналов, подклю ченный ко второму логическому элемен ту И 12 соответствует команде на уменьшение частоты вращения вала дви гателя насосной станции, а выход, подключенный к третьему логическому элементу И 13 - на увеличение частот вращения вала двигателя насосной станции. Напряжение рассогласования, соответствующее понижению давления на входе насосной станции, от блока 5 управления поступает на вход усилителя 21 с однополярным выходом, а напряжение рассогласования,, соответствующее понижению давления на выходе насосной станции - на вход усилит ля с однополярным выходом 20. Выходные напряжения усилителей 20 и 21 по ступают на один из входов поро гового элемента 22 с регулируелолм порогом срабатывания. Когда давления на вхоГдё и выходе насосной станции равны заданным значениям, и электродвигатель исполнительного механизма обесточен, напряежение на выходе тахогенератора 19 равно нулю. При этом на выходе порогового элемента 22 нагпряжение равно логической единице. За счет этого обеспечивается первоначальное прохождение сигнала через второй логический элемент И 12, двух канальный усилитель 14 мощности, кон цевые выключатели 15, 16 и включение исполнительного механизма 18. Прохождение сигналов на увеличение частоты вращения вала двигателя насосной станции управляется тек же тахогенератором 19 и пороговым устройством 23 с устанавливаемым порогом срабатывания, на один вход которого подается напряжение от задатчика 24, а на другой - от тахогенератора 19. И в том и в другом случаях осуществляется импульсное управление электр двигателем .исполнительного механизма причем снижение частоты вращения вал двигателя насосной станции происходи пропорционально величине рассогласования, а увеличение частоты вращения - с постоянной скоростью, которая задается величиной напряжения, снимаемого с задатчика 24. В момент разрыва (повре хдения) трубопровода в точке разрыва образуется волна пониженного давления, которая распространяется в оба направления от точки разрыва и подходит к насосной -станции, где установлен контактный датчик скорости снижения давления. Волна понижения давления передается как в пространство под поршень с магнитом 27, так и в простран ство над поршнем, где в верхней части находится: в эластичной оболочке сжатый воздух до давления, равного « давлению в трубопроводе до его разрыва. Однако в пространство над поршнем давление передается через жиклер, в результате чего оно изменяется там с некоторым запаздыванием.В результате этого поршень 27 под действием разности давления сверху и снизу перемещается вниз, сжимая пружину 28. Как только магнит поршня 27 переместится до уровня, на котором помещен геркон 26, контакты его замкнутся. После выравнивания давления сверху и снизу поршень под действием пружины снова переместится вверх. При загюакании контактов геркона 26, ток через его контакты от плюса источника питания через сопротивление 36 и 37 первого резистивного делителя напряжения потечет к минусу источника питания, что вызовет наличие напряжения положительной полярности на управляемом выводе перекачивающего тиристора 30. В результате чего этот тиристор 30 откроется и ток от плюса источника питания через размыкающую кнопку 29, переключающий тиристор 30, пройдет через обмотку электромагнитного реле 31, сигнальную лампу 32 и поступит через развязывающие диоды 33 и 34 к второму лох-ическому элементу ИЛИ 9 и второму резистивному делителю напряжения, состоящему из сопротивлений 38 и 39, От второго резистквного делителя напряжение через развязывающий диод 35 поступит на вход порогового устройства 22. На входе вторюго логического элемента ИЛИ 9 появится напряжение, равное логической единице. На выходе элемента ИЛИ 9 также появится напрж-кение равное логической единице,- которое пройдет через второй логический элемент И 12, и с помощью усилителя 14 мощности включит электродвигатель 18 исполнительного механизма, который начнет перемещать рейку управления подачей топлива к двигателю насосной станции 40 в направлении уменьшения частоты вращения вала двигателя. Одновременно с включением электродвигателя исполнительного механизма начнет вращаться тахогенератор 19, размещенный на одном валу с электродвигателем исполнительного механизма. Как только его напряжение станет равным или выше величины напряжения, снимаемого со второго .резистивного делителя напряжения, состоящего из сопротивлений 38 и 39, на выходе порогового э.демен та 22 вместе напряжения, равного логической единице станет напряжение, авное логическому нулю. В результате чего прохо)хдение сигнала через второй логический элемент И 12 прекатится. Электродвигатель 18 нсполительного механизма остановится вместе с тахогенератором 19.В результате чего на выходе порогов.ого элемент 22 напряжение снова станет равно логической единице и к исполнительному механизму снова пройдет команда на уменьшение частоты вращения вала дви гателя. При срабатывании реле 31 его контакты заблокируют концевой выключатель 16 минимальные обороты. Поэтому исполнительный механизм 18 будет уменьшать частоту вращения вала двигателя с заданной скоростью до полной остановки двигателя насосной станции. Скорость уменьшения частоты вращения вала двигателя при разрыве трубопровода будет определяться величиной напряжения, снимаег-юго со второго резистивного делителя напряжения и подаваемого к пороговому элементу 22, и выбирается такой,чтобы исключить резкое повыиение давления на участке трубопровода до останавливаемой насосной станции. Применение геркона и переключающего тиристора 30 в качестве исполнительного элемента схемы регулятора, повьвдает его точность и чувствительность к кратковременным понижениям давления в трубопроводе, которое имеет место в точке установки контактного датчика скорости снижения давлений 25 при разрыве трубопровода. Остановка насосной станции 40 после разрыва трубопровода резко уменьшает его производительность, что предотвращает значительные потери перекачиваемого горючего, а загорание лампы 32 своевременно сигнализирует об аварии на трубопроводе, что позволяет своевременно принять меры к поиску и устранению места разрыва трубопровода. Формула изобретения Регулятор давления для насосной станции магистрального трубопровода содержащий датчики и задатчики давления, установленные на входе и выходе насосной станции и подключенные выходами к соответствующим входам блока управления, первые выходы которого соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, вторые выходы - с соответствующими входами первого элемента И, а третьи выкоды со входами соответствукядих усилителе с однополярными выходами, выходы ко торых подключены к первому входу пе вого порогового элемента, выход кот рого соединен с первым входом второ элемента И задатчик скорости вращения электродвигателя исполнительног механизма, выход которого подключен к первому входу второго порогового элемента, связанного выходом с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом усилителя- мощности, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выходы через соответствующие концевые выключатели - с исполнительным механизмом,- а также источник питания и установленный на валу электродвигателя исполнительного механизма .тахогенератор, обмотки которого подключены ко вторым входам соответственно первого и второго пороговых элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и экономичности регулятора он содержит последовательно соединенные второй элемент ИЛИ, НЕ, и четвертый элемент И, а также два резистивных делителя напряжения, развязывающие диоды,размыкающую кнопку, переключающий тиристор, электромагнитное реле и контактный датчик скорости снижения давления в трубопроводе через замыкающий контакт которого к источнику питания подключен первый резистивный делитель напряжения, параллельно которому подключены последовательно соединенные электромагнитное реле, и переключающий тиристор, и размыкающая кнопка, управляющий электрод переключающего тиристора соединен со средней точкой первого резистивного делителя напряжения, параллельно обмотке электромагнитного реле подключены последовательно соединенные второй резистивный делитель напряжения и первый развязывающий диод, анод которого через второй развязывающий диод подключен к первому входу второго элемента ИЛИ средняя точка второго резистивного делителя на.пряжения через третий развязывающий диод подключены ко входу первого порогового элемента, замыкающий контакт электромагнитного реле подключен параллельно к соответствующему концевому выключателю, второй вход второго элемента ИЛИ, соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход - со вторым входом йторого элемента И, второй вход четвертого элемента И соединен с выходом первого элемента И, а выход - с вторым входом третьего элемента И. Источники информации, принятые,во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 1 241137, кл. G 05 О 16/20,1968. 2, Авторское свидетельство СССР № 526863, кл. G 05 D 16/20,1974 (прототип).