Регулятор давления универсальный

 

Изобретение предназначено для регулирования (стабилизации) как давления, так и расхода любой газообразной среды, кроме агрессивной, в частности природного газа, подаваемого потребителю. Регулятор давления универсальный содержит установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, два пилотных регулятора и вмонтированный в трубопровод индикатор расхода. Каждый регулятор включает в себя пружинный механизм и регулирующий блок. При этом в пилотном регуляторе, устанавливающем требуемый расход, между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера сравнения, разделенная с помощью дополнительных мембран на две полости, каждая из которых сообщена с выходом индикатора расхода. Регулятор имеет расширенные функциональные возможности и максимальную унификацию с ранее освоенными производством изделиями. 1 ил.

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

Известна система регулирования расхода (патент США 6152162 А, МПК G 05 D 7/06), содержащая ограничитель расхода, устанавливаемый в трубопровод с текучей средой, датчики давления, устанавливаемые выше и ниже ограничителя расхода, регулятор давления. Регулятор давления в зависимости от величины перепада давления, формируемого ограничителем расхода, поддерживает в трубопроводе давление, соответствующее заданному расходу. Система может регулировать и ограничивать расход, регулировать давление.

Недостатком указанного технического решения является необходимость подбора ограничителя расхода, соответствующего пропускной способности трубопровода. Это ограничит применение системы на газораспределительных объектах с очень широким диапазоном изменения расхода.

По функциональному назначению в качестве аналога может быть рассмотрен известный “Способ управления и коррекции в реальном масштабе времени для широкодиапазонной системы управления расходом газа” (патент США 6119710 А, МПК G 05 D 7/06).

Система управления расходом газа содержит газопровод, который последовательно соединяет входной клапан, калибровочную камеру, ограничитель потока и выходной клапан. В калибровочной камере находятся датчики давления и температуры. Датчики давления находятся также до и после ограничителя потока. Система содержит также вычислитель массового расхода, задающее и регулирующее устройства. В процессе работы по показаниям датчиков и по перепаду давления на ограничителе расхода периодически измеряют массовый расход, который потом регулируют путем изменения давления до достижения нужной величины соответствующей уставки.

Этот способ позволяет достаточно точно поддерживать заданную величину расхода, позволяет регулировать (при необходимости) давление, но является неоправданно сложным и дорогим. Это и есть его основной недостаток, который ограничивает его применение. К недостаткам следует также отнести наличие ограничителя расхода, который следует подбирать под каждый трубопровод.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является регулятор давления осевого типа РДО-1 (Руководство по эксплуатации РДО-1, утв. 12.11.97 г. ЗИ.2 501.000 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 которого соединен с выходом распределителя, а второй вход - сообщен 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 также регулирование и ограничение расхода газа, подаваемого потребителю, этот регулятор не применим.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей регулятора, а именно повышение точности регулирования и стабилизации давления, а также регулирование (стабилизация) и ограничение расхода газа, подаваемого потребителю.

Изложенная техническая задача достигается благодаря тому, что регулятор давления универсальный (далее в тексте Регулятор), содержит установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, и пилотный регулятор, включающий пружинный механизм и регулирующий блок. При этом первый вход пилотного регулятора сообщен с выходом распределителя, а второй вход - с трубопроводом со стороны низкого давления. В регулятор дополнительно введены индикатор расхода, вмонтированный в трубопровод за осевым клапаном с эластичным затвором со стороны низкого давления в трубопроводе, и второй пилотный регулятор, в котором между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера сравнения, разделенная с помощью дополнительных мембран на две полости, из которых полость, прилегающая к регулирующему блоку, сообщена с выходом индикатора расхода, ближним к осевому клапану с эластичным затвором, а полость, прилегающая к пружинному механизму, - с другим выходом индикатора расхода. При этом выход второго пилотного регулятора связан с входом распределителя, а первый вход - с выходом первого пилотного регулятора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый регулятор отличается наличием дополнительно введенных индикатора расхода и второго пилотного регулятора, в котором между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера сравнения, разделенная дополнительными мембранами на две полости, каждая из которых сообщена с соответствующим выходом индикатора расхода.

Таким образом совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в расширении функциональных возможностей регулятора. Конструктивное решение регулятора дает возможность при сохранении функции регулирования давления повысить точность стабилизации давления и обеспечить регулирование (стабилизацию) и ограничение расхода газа, подаваемого потребителю, при одновременном обеспечении 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 можно сделать вывод о соответствии критерию “Изобретательский уровень”.

В связи с тем, что конструктивное решение заявляемого регулятора предназначено для использования в рамках реальной системы газораспределения и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предполагаемое изобретение соответствует критерию "Промышленная применимость".

На чертеже изображена конструктивная схема регулятора давления универсального.

Регулятор содержит установленный на трубопроводе 1 осевой клапан с эластичным затвором 2, герметично состыкованный с распределителем 3, пилотные регуляторы 4 и 5, каждый из которых включает пружинный механизм 6 и регулирующий блок 7. Первый вход “ВХ1” пилотного регулятора 4 по линии связи 8 сообщен с выходом “ВЫХ” распределителя 3. Второй вход “ВХ2” пилотного регулятора 4 по линии связи 9 через дроссель 10 с манометром 11 соединен через вентиль 12 с трубопроводом 1 со стороны низкого давления. Выход “ВЫХ” пилотного регулятора 4 по линии связи 13 соединен с первым входом “ВХ1” пилотного регулятора 5, в котором между пружинным механизмом 6 и регулирующим блоком 7 выполнена камера сравнения 14, которая с помощью мембран 15, 16, 17 разделена на две полости А и В. Полость А, прилегающая через мембрану 15 к регулирующему блоку 5, сообщена по линии связи 18 через вентиль 19 с индикатором расхода 20, размещенным в трубопроводе 1 за осевым клапаном с эластичным затвором 2 со стороны низкого давления. Полость В, контактирующая через мембрану 17 с пружинным механизмом 6, сообщена по линии связи 21 через вентиль 22 со вторым выходом “ВЫХ2” индикатора расхода 20. Выход “ВЫХ” пилотного регулятора 5 по линии связи 23 соединен со входом “ВХ” распределителя 3. Регулирующий блок 7 в пилотных регуляторах 4 и 5 включает сопло 24, контактирующее с клапаном 25, подвешенным на мембранах 15 и 26. Причем в пилотном регуляторе 5 мембраны 15, 16 и 17 жестко соединены между собой.

В работе регулятора предусмотрены три режима работы:

- регулирование (стабилизация) давления;

- регулирование (стабилизация) расхода;

- ограничение расхода.

1. Работа в режиме “Регулирование (стабилизация) давления”.

Редуцирующий газ из трубопровода 1 поступает в осевой клапан с эластичным затвором 2. Через распределитель 3 часть этого газа по линии связи 8 поступает на первый вход “ВХ1” регулирующего блока 7 пилотного регулятора 4 и далее по линии связи 13 на вход “ВХ1” пилотного регулятора 5 и далее с выхода “ВЫХ” последнего по линии связи 23 на вход “ВХ” распределителя 3. Этот газ проходит последовательно через сопло 24, контактирующее с клапаном 25, пилотных регуляторов 4 и 5.

Уставка выходного давления задается пружинным механизмом 6 пилотного регулятора 4. Стабилизация выходного давления достигается тем, что отклонение давления передается через вентиль 12 по линии связи 9 с дросселем 10 на второй вход “ВХ2” регулирующего блока 7 пилотного регулятора 4, что вызывает изменение зазора между клапаном 25, подвешенным на мембранах 15 и 26, и соплом 24. Это ведет к изменению расхода через пилотный регулятор 4 и, соответственно, через осевой клапан с эластичным затвором 2. Причем снижение выходного давления увеличивает расход через осевой клапан с эластичным затвором 2 и наоборот, что и приводит к восстановлению выходного давления. В этом режиме пилотным регулятором 4 устанавливается максимально допустимое выходное давление.

2. Работа в режиме “Регулирование (стабилизация) расхода”.

Требуемый расход устанавливается по показанию расходомерного устройства объекта эксплуатации (на чертеже не указан) пружинным механизмом 6 пилотного регулятора 5. Стабилизация расхода достигается тем, что отклонение расхода преобразуется индикатором расхода 20 в перепад давления, который через вентили 19 и 22 передается по линиям связи соответственно 18 и 21 в полости А и В камеры сравнения 14 пилотного регулятора 5, в результате чего на мембране 16, жестко связанной с мембранами 15 и 17, возникает усилие, противодействующее усилию пружинного механизма 6 этого пилотного регулятора.

3. Работа в режиме “Ограничение расхода”.

В этом режиме течение газа осуществляется так же, как и в двух предыдущих случаях. Пилотным регулятором 4 устанавливается требуемое выходное давление, которое регистрируется манометром 11. В случае возникновения неустойчивой работы регулятора колебания выходного давления устраняются дросселем 10. Величина ограничиваемого расхода устанавливается пружинным механизмом 6 пилотного регулятора 5. До заданной величины расхода регулятор работает как регулятор давления газа. С увеличением отбора газа потребителем растет перепад давления на индикаторе расхода 20. По линиям связи 18 и 21 этот перепад передается в полости А и В камеры сравнения 14 пилотного регулятора 5, в результате на мембране 16 создается усилие, противодействующее усилию пружинного механизма 6. Зазор между клапаном 25 и соплом 24 пилотного регулятора 5 уменьшается. Это приводит к росту давления в линиях связи 13 и 8 и в конечном счете прикрытию осевого клапана с эластичным затвором 2, давление редуцируемого газа за которым уменьшается.

Таким образом заявляемое изобретение обеспечивает получение технического результата, выражающегося в расширении функциональных возможностей регулятора, а именно выполнение функций регулирования (стабилизации) давления, регулирования (стабилизации) и ограничения расхода газа. При этом конструктивное решение, заложенное в регуляторе, обеспечивает максимальную унификацию с серийно выпускаемыми регуляторами.

Формула изобретения

Регулятор давления универсальный, содержащий установленный на трубопроводе осевой клапан с эластичным затвором, состыкованный с распределителем, и пилотный регулятор, включающий пружинный механизм и регулирующий блок, первый вход которого сообщен с выходом распределителя, а второй вход - с трубопроводом со стороны низкого давления, отличающийся тем, что в регулятор дополнительно введены индикатор расхода, вмонтированный в трубопровод за осевым клапаном с эластичным затвором со стороны низкого давления, и второй пилотный регулятор, первый вход которого связан с выходом первого пилотного регулятора, а выход сообщен с входом распределителя, причем во втором пилотном регуляторе между пружинным механизмом и регулирующим блоком выполнена камера сравнения, разделенная с помощью дополнительных мембран на две полости, из которых полость, прилегающая к регулирующему блоку, сообщена с выходом индикатора расхода ближним к осевому клапану с эластичным затвором, а полость, прилегающая к пружинному механизму, - с другим выходом индикатора расхода.

РИСУНКИ

Рисунок 1