Регулятор давления - ограничитель расхода газа

 

Изобретение относится к средствам газораспределения и может быть использовано для регулирования, стабилизации и ограничения расхода любой газообразной среды, за исключением агрессивных, в газовой, нефтяной и других отраслях промышленности, например при редуцировании природного газа, подаваемого потребителю с газораспределительных станций, газорегуляторных пунктов, газоредуцирующих установок. Технический результат заключается в том, что регулятор давления - ограничитель расхода газа обеспечивает ограничение расхода газа в широком диапазоне уставок при сохранении функции регулирования и стабилизации выходного давления. Регулятор давления - ограничитель расхода газа содержит установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, пилотный регулятор, включающий пружинный механизм, регулирующий блок и камеру сравнения, разделенную на две полости, сообщающиеся с корректором перепада давления и сужающим устройством. В качестве последнего может быть использовано любое сужающее устройство, например сопло Вентури. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к средствам газораспределения и может быть использовано для регулирования, стабилизации давления и ограничения расхода любой газообразной среды, кроме агрессивной, в системах газовой, нефтяной и других отраслей промышленности. Например, для регулирования, стабилизации давления, а также ограничения расхода природного газа, подаваемого потребителю с газораспределительных станций (ГРС), газорегуляторных пунктов (ГРП), газоредуцирующих установок (ТРУ).

Известно устройство для регулирования расхода газа (патент РФ 1795424, кл. С 05 Д 7/00 от 12.06.90), содержащее исполнительный механизм регулирующего клапана, регулятор давления, блок вычисления заданного значения давления газа перед дроcселирующим элементом, канал задания расхода газа.

Требованием реальной эксплуатации, например ГРС, является необходимость в оперативном изменении уставки ограничиваемого расхода газа, также как и изменение уставки регулируемого давления газа.

Недостатком упомянутого технического решения является практическая невозможность его использования, например на ГРС, работающих, как правило, в условиях переменного газопотребления при постоянном выходном давлении, т.к. изменение газопотребления требует постоянного изменения настройки регулятора расхода.

Известен регулятор давления - ограничитель расхода газа (патент РФ 2150139, кл. G 05 Д 16/10; 7/00 от 07.12.98), содержащий два однотипных регулятора давления непрямого действия осевого типа с пилотными устройствами. Между регуляторами размещен дросселирующий элемент (сопло Вентури). Регуляторы и сопло установлены соосно относительно друг друга и скомпонованы в единый модуль.

Техническое решение, заложенное в этом регуляторе, обуславливает необходимость заранее согласовывать с потребителем ограничиваемый расход газа и устанавливать соответствующий дросселирующий элемент, который при изменении ограничиваемого расхода требует замены. Это делает регулятор-ограничитель негибким и затрудняет его использование. К недостаткам решения следует также отнести громоздкость и высокую стоимость изделия, которые обусловлены использованием двух однотипных регуляторов с пилотными устройствами.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является регулятор давления осевого типа РДО-1 (Руководство по эксплуатации РДO-1, утв. 12.11.97. 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 которого подсоединены соответственно к выходу и входу распределителя. Второй вход регулирующего блока соединен с трубопроводом со стороны низкого давления.

Регулятор РДО-1 обеспечивает только поддержание на заданном уровне величины выходного давления. В тех случаях, когда требуется не только поддержание давления, но и ограничение расхода газа, подаваемого потребителю, этот регулятор не применим.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей регулятора, а именно ограничение расхода газа, подаваемого потребителю при достижении заранее установленной величины расхода газа (в широком диапазоне уставки) с одновременным сохранением возможности регулирования и стабилизации выходного давления.

Изложенная техническая задача достигается благодаря тому, что регулятор давления - ограничитель расхода газа (далее в тексте регулятор-ограничитель) содержит установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, герметично состыкованный с распределителем, и пилотный регулятор, включающий пружинный механизм и регулирующий блок. Первый вход и выход регулирующего блока подсоединены соответственно к выходу и входу распределителя, а второй вход соединен с трубопроводом со стороны низкого давления. В регулятор-ограничитель введены корректор перепада давления и сужающее устройство, вмонтированное в трубопровод за осевым клапаном с эластичным затвором. В пилотном регуляторе между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера сравнения, разделенная с помощью мембран на две полости, из которых полость со стороны пружинного механизма сообщена с выходом корректора перепада давления и выходом сужающего устройства со стороны пониженного давления, а полость камеры сравнения со стороны регулирующего блока - со входом корректора перепада давления и другим выходом сужающего устройства. В качестве сужающего устройства в регуляторе-ограничителе может быть использовано любое сужающее устройство, например сопло Вентури, мерная диафрагма, щелевая трубка.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый регулятор-ограничитель отличается наличием дополнительно введенных корректора перепада давления и сужающего устройства и выполнением в пилотном регуляторе между пружинным механизмом и регулирующим блоком камеры сравнения, разделенной с помощью дополнительных мембран на две полости, каждая из которых подсоединена к корректору перепада давления и сужающему устройству. В качестве сужающего устройства использовано сопло Вентури.

Таким образом совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в расширении функциональных возможностей регулятора-ограничителя. Конструктивное решение регулятора-ограничителя при сохранении функций регулирования и стабилизации выходного давления дает возможность оперативного изменения уставки (в широком диапазоне) по расходу газа при одновременном обеспечении 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 техническое решение предназначено для использования в рамках реальной системы газораспределения и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предлагаемое изобретение соответствует критерию "Промышленная применимость".

На чертеже изображена конструктивная схема регулятора давления - ограничителя расхода газа.

Регулятор-ограничитель содержит установленный на трубопроводе 1 осевой клапан с эластичным затвором 2, герметично состыкованный с распределителем 3, и пилотный регулятор 4, включающий пружинный механизм 5 и регулирующий блок 6. Первый вход Вх1 регулирующего блока 6 по линии связи 7 соединен с выходом Вых распределителя 3, второй вход Вх2 - по линии связи 8 через вентиль 9 с трубопроводом 1 со стороны пониженного давления, а выход - по линии связи 10 со входом Вх распределителя 3. В пилотном регуляторе 4 между пружинным механизмом 5 и регулирующим блоком 6 расположена камера сравнения 11, которая с помощью мембран 12, 13 и 14 разделена на две полости А и В. Полость А, прилегающая через мембрану 12 к пружинному механизму 5, сообщена по линии связи 15 с выходами корректора перепада давления 16, а через вентиль 17 с выходом Вых2 сужающего устройства 18, размещенного в трубопроводе 1 за осевым клапаном с эластичным затвором 2. Полость В, контактирующая через мембрану 14 с регулирующим блоком 6, сообщена по линии связи 19 со входом Вх корректора перепада давления 16, а через вентиль 20 с другим выходом Вых1 сужающего устройства 18. В регулирующий блок 6 входит сопло 21, контактирующее с клапаном 22, подвешенным на мембранах 14 и 23, жестко соединенных с мембранами 12 и 13 и находящихся под воздействием пружинного механизма 5 и усилия, возникающего в камере сравнения 11.

Регулятор-ограничитель работает следующим образом.

Редуцируемый газ поступает из трубопровода 1 на осевой клапан с эластичным затвором 2. Через распределитель 3 часть этого газа по линии связи 7 поступает на вход Вх1 регулирующего блока 6 пилотного регулятора 4 и затем через сопло 21 на выход Вых регулирующего блока 6 и затем по линии связи 10 через распределитель 3 в трубопровод 1. Сопло 21 контактирует с клапаном 22, который подвешен на эластичных мембранах 14 и 23, жестко связанных с мембранами 12 и 13, и находится под воздействием пружинного механизма 5 и усилия, создаваемого давлением газа, поступающим по линии связи 8 на второй вход Вх2 регулирующего блока 6.

Уставка выходного давления задается пружинным механизмом 5 через мембрану 12. Стабилизация выходного давления достигается тем, что отклонение давления передается по линии связи 8 через вентиль 9 на второй вход Вх2 регулирующего блока 6, что вызывает перемещение клапана 22 и соответственно изменение зазора между соплом 21 и клапаном 22. Это ведет к изменению расхода через пилотный регулятор 4 и через осевой клапан с эластичным затвором 2. Причем снижение выходного давления увеличивает расход через клапан 22 и наоборот, что и приводит к восстановлению выходного давления.

При работе регулятора в сужающем устройстве 18 возникает перепад давлений, который передается в камеру сравнения 11, соответственно повышенное давление - через вентиль 20, линию связи 19 в камеру В, а пониженное давление - через вентиль 17 и линию связи 15 в камеру А. Под воздействием перепада давлений мембрана 13 перемещается, изменяя положение клапана 22, и, соответственно, изменяя зазор между соплом 21 и клапаном 22. Это в свою очередь приводит к уменьшению пропускной способности клапана 22 и ограничению расхода.

Увеличение расхода через регулятор-ограничитель приводит к росту перепада давления. Это вызывает уменьшение пропускной способности клапана 22, что в свою очередь ограничивает расход и приводит к уменьшению выходного давления, а это уменьшает усилие на мембране 23 регулирующего блока 6. В результате под воздействием пружинного механизма 5 произойдет увеличение зазора между соплом 21 и клапаном 22 до наступления равновесия сил.

Величина ограничиваемого расхода задается корректором перепада давления 16 путем изменения перетока газа из камеры В в камеру А.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает получение технического результата, выражающегося в расширении функциональных возможностей регулятора-ограничителя. Конструктивное решение регулятора-ограничителя при сохранении функции регулирования и стабилизации выходного давления дает возможность оперативного изменения уставки (в широком диапазоне) по расходу газа при одновременном обеспечении конструктивной простоты и максимальной унификации с серийно выпускаемыми регуляторами.

Формула изобретения

1. Регулятор давления - ограничитель расхода газа, содержащий установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, и пилотный регулятор, включающий пружинный механизм и регулирующий блок, первый вход и выход которого подсоединены соответственно к выходу и входу распределителя, а второй вход соединен с трубопроводом со стороны низкого давления, отличающийся тем, что в регулятор-ограничитель дополнительно введены корректор перепада давления и сужающее устройство, вмонтированное в трубопровод за осевым клапаном с эластичным затвором, а в пилотном регуляторе между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера сравнения, разделенная с помощью дополнительных мембран на две полости, из которых полость со стороны пружинного механизма сообщена с выходами корректора перепада давления и сужающего устройства со стороны пониженного давления в трубопроводе, а полость камеры сравнения со стороны регулирующего блока - с входом корректора перепада давления и с выходом сужающего устройства со стороны повышенного давления в трубопроводе.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сужающего устройства использовано сопло Вентури.

РИСУНКИ

Рисунок 1