Регулятор расхода жидкости

Изобретение относится к группе самонастраивающихся регулирующих устройств и может быть использовано в нефтяной промышленности в системе поддержания пластового давления для выдержки заданных технологией режимов заводнения пластов. Регулятор расхода содержит корпус с входным и выходным отверстиями, позволяющими устанавливать его в гидросистему на фланцевом соединении. В корпусе расположены дросселирующий запорный элемент клапанного типа с электроприводом, ультразвуковой цифровой датчик расхода и программируемый микропроцессорный контроллер, снабженный встроенным терминалом для ввода-вывода информации. Расходомер соединен с контроллером, управляющим положением запорного элемента посредством электропривода. Изобретение имеет повышенную надежность при работе в гидросистемах с агрессивно-абразивной средой, обеспечивает высокую точность регулирования в широком диапазоне давлений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области технических средств, к группе самонастраивающихся регулирующих устройств и позволяет осуществлять как регулирование заданной величины, так и управление ею. Может быть использовано в технических гидравлических системах (ТГС) с любой текучей средой и, в частности, в нефтяной промышленности в системе поддержания пластового давления (ППД) для выдержки заданных технологией режимов заводнения пластов.

Известен регулятор расхода жидкости (РРЖ) /заявка 2001111739/06, МПК G05D 7/01, дата публикации 2003.11.10/, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и подвижный подпружиненный регулирующий орган, делящий внутреннюю полость корпуса на три части, сообщенные между собой посредством последовательно установленных двух дросселей (задающего значение расхода и автоматически регулируемого).

Известен регулятор перепада давления - /заявка 2000126818/09, МПК G05D 7/01 дата публикации 2003.11.10/, содержащий включающий корпус с входным и выходным отверстиями, крышку, диафрагму, пружину нагружения с опорным элементом, шток с запорным элементом, полости выходного давления и противодавления.

Известен регулятор потока - /заявка 2002124167/06, МПК F16K 31/02, 2004.04.10/, содержащий помещенный в трубу и находящийся под воздействием привода запорный орган, запорный орган выполнен в виде установленного соосно на трубе седла, клапан которого выполнен в виде стакана и установлен в закрепленный соосно с трубой второй стакан с образованием общей межстаканной полости, причем между боковыми стенками стаканов образован гарантированный микрозазор в виде гидравлического сопротивления, стаканы концентрично установлены внутри отрезка второй трубы с образованием кольцевого канала для потока, межстаканная полость сообщается с заседловой полостью через импульсный канал и сопло, заслонка которого находится под воздействием соленоида и пусковой кнопки.

Известен регулятор - ограничитель расхода AIQ ("DANFOSS IWK Regler GmbH", Германия), содержащий крышку, дроссельный клапан ограничения расхода, клапан регулятора, золотник клапана с устройством разгрузки давления, затвор клапана, шток клапана, рабочую пружину регулятора, каналы для импульса давления, регулирующий элемент, регулирующую диафрагму.

Все известные устройства имеют следующие характерные недостатки, не позволяющие достичь требуемого технического результата.

В данных аналогах применяется множество гидравлических и подвижных механических элементов (пружин, диафрагм, уравнительных клапанов и т.п.), которые резко снижают точность регулирования и повышают вероятность выхода из строя и делают невозможным их применение в агрессивно-абразивных средах. Также известные устройства для регулирования расхода оказывают мгновенное действие на гидросистему, не различая установившийся гидравлический режим от гидравлических колебаний. Все они используют подпружиненный привод(а) для запорного элемента, что ограничивает применение данных устройств вне их рабочих (допустимых) диапазонов работы по давлению и исключает четкую фиксацию запорного элемента.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является автоматическое регулирование расхода жидкости.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении надежности регулятора расхода за счет применения дросселирующей арматуры клапанного типа, а также точности регулирования посредством применения в нем нового элемента - микропроцессорного контроллера.

Технический результат заключается также в расширении рабочего диапазона давлений посредством достижения полной управляемости положением запорного элемента (однозначность его положения и фиксация) вследствие применения электропривода.

Указанный технический результат достигается тем, что регулятор расхода жидкости содержит корпус, в котором расположены расходомер, запорная арматура и контроллер, при этом в качестве запорной арматуры использована запорная арматура клапанного типа с электроприводом, а контроллер связан с расходомером и электроприводом запорной арматуры для обеспечения выработки управляющего воздействия для регулирования положения запорного элемента запорной арматуры.

Между заявляемым техническим результатом и существенными признаками изобретения существует следующая причинно-следственная связь, а именно наличие контроллера позволяет изменять закон регулирования, привод запорного элемента, реализованный в виде электропривода, позволят применить запорный элемент из класса запорной арматуры клапанного типа с возможностью четкой фиксации положения запорного элемента, данный комплекс элементов обеспечивает требуемую точность регулирования и применение данного регулятора в гидросистемах с агрессивно-абразивной средой.

Изобретение представляет собой авторегулирующее автономное устройство электронно-гидравлического действия с элементами искусственного интеллекта, которое реализуется комплексом технических элементов: запорный элемент, контроллер, измеритель расхода жидкости (расходомер), конструктивно выполненные в одном корпусе.

Применение контроллера в качестве устройства (органа), вырабатывающего регулирующее (управляющее) воздействие на электропривод и для корректировки данного закона регулирования, реализует элементы искусственного интеллекта регулятора расхода жидкости как самоадаптирующего устройства.

Использование электропривода позволяет четко позиционировать положение штока запорного элемента на основе заложенного алгоритма с элементами искусственного интеллекта.

Коренным отличием является развязка органа, вырабатывающего управляющее воздействие (котроллера) и рабочего органа (запорного элемента), т.е. связь осуществляется на информационном уровне, а не на уровне физических взаимодействий в жидких средах как в аналогах. Управление параметрами целевых функций регулятора осуществляется посредством ввода данных требуемых технологических режимов через мобильный терминал.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема регулятора расхода жидкости.

Регулятор расхода жидкости содержит корпус 6 регулятора, содержащий монтажное основание 7 с входным и выходным отверстиями, позволяющими устанавливать его в гидросистему на фланцевом соединении, запорный элемент 1 запорной арматуры; электропривод 2; управляющее устройство 3 (программируемый микропроцессорный контроллер); стационарный терминал для ввода-вывода информации в контроллер 4 (жидкокристаллический дисплей и клавиатура); расходомер 5 - датчик измерения фактического расхода жидкости, например ультразвуковой цифровой датчик расхода с адаптером информационного канала по последовательному интерфейсу.

Программируемый контроллер 3, запорная арматура, датчик измерения расхода - расходомер 5 - расположены в одном корпусе 6. Запорная арматура и расходомер 5 расположены в корпусе 6 так, что поток, проходя через его присоединительные фланцы, не разделяется (не разветвляется). Электропривод 2 управляется программируемым контроллером 3. Управляющий орган - программируемый контроллер 3 - и исполнительный орган - электропривод 2 - расположены вне потока жидкости. В данном изобретении присутствует единственная подвижная деталь - запорный элемент 1 запорной арматуры. Для связи между расходомером 5 и контроллером 3 используется цифровой канал связи (обозначен пунктирными линиями). Обеспечивается однозначное соответствие управляющего воздействия контроллера 3 и положения штока запорного элемента 1 запорной арматуры.

В качестве запорной арматуры используется запорная арматура клапанного типа с защитой штока от воздействия потока гидросистемы.

Регулятор работает следующим образом.

Информационный сигнал о расходе с датчика измерения фактического расхода жидкости - расходомера 5 - поступает в микропроцессорный контроллер 3, на основании которого и накопленной ранее информации микропроцессорным контроллером 3 вырабатывается управляющее воздействие. Управляющее воздействие воспроизводится (исполняется) электроприводом 2, вследствие чего изменяется положение запорного элемента 1. Затем цикл повторяется через фиксированное время, установленное программой или ранее, в соответствии с алгоритмом программы, из-за изменения текущего расхода вышедопустимых колебаний.

В процессе работы регулятора определяется и корректируется закон регулирования на основании накопленных данных о расходах и соответствующих им давлений и положений запорного элемента 1.

Алгоритм, обрабатывающий математическую модель, заложенный в контроллере 3, на основании информации, поступающей с расходомера 5 и датчика положения затвора (в составе электропривода 2), формирует закон управления, на основании которого вырабатывается управляющее воздействие на электропривод 2, который перемещает запорный элемент 1 в положение, соответствующее требуемому расходу.

Для коррекции контролируемого параметра (расхода) используется цифровой канал обратной связи от расходомера 5 на программируемый микропроцессорный контроллер 3, управляющее воздействие которого отрабатывает электропривод 2.

Основные преимущества предлагаемого регулятора расхода жидкости: инвариантность работы регулятора (адаптационность) к износу рабочей поверхности запорного элемента; применена запорная арматура клапанного типа, что исключает прикипание затвора, что наиболее актуально в средах с высокой степенью загрязненности, с высоким давлением и расходом (порядка 0,02 м³/с); благодаря применению контроллера имеется возможность гибкого управления целевыми функциями данного регулятора; при резких изменениях текущего расхода жидкости регулятор выходит на необходимый расход поэтапно (через расчетные временные задержки) с целью снижения фактора возникновения гидроволн (гидроударов) на основании анализа переходных процессов в данном узле ТГС; реализуется функция автоматического анализа состояния ТГС: РРЖ тестирует гидросистему, находит ее функционал и строит регулировочные характеристики, находит область линейности и точку насыщения по расходу, при отсутствии технологической карты уставок по расходу сам выбирает рабочую точку, определяет параметры переходных процессов при воздействии на ТГС со своей стороны; удерживание требуемого расхода жидкости длительное время без человеческого контроля и обслуживания посредством самоадаптации к гидравлическим параметрам гидросистемы, в том числе к техническим и структурным изменениям гидросистемы; осуществление накопления статистических данных о технологических режимах.

Регулятор расхода жидкости, содержащий корпус, в котором расположены расходомер, запорная арматура с электроприводом и контроллер, связанный с расходомером и электроприводом, отличающийся тем, что в качестве расходомера использован ультразвуковой цифровой датчик расхода, запорный элемент запорной арматуры выполнен в форме затвора, а контроллер снабжен встроенным терминалом.