Регулятор давления с комплексным реверсивным клапаном выпуска давления

Область использования изобретения в нефтеперерабатывающих, химико-технологических установках, установках переработки пищевой продукции или любом другом типе управления производственным процессом. Технический результат изобретения заключается в регулировке давления и потока текучей среды. Сущностью изобретения является система клапана, содержащая механизм, при помощи которого клапан перемещается в его предохранительное положение. Система содержит исполнительный механизм клапана, в который входит текучая среда под давлением из регулятора. Регулятор имеет реверсивный клапан выпуска давления, причем если давление в исполнительном механизме клапана необходимо снизить, когда клапан необходимо расположить в его предохранительное положение, то реверсивный клапан выпуска давления открывается, тем самым обеспечивая незамедлительно образующийся и точный проход, по которому можно снизить излишнее давление на выходе регулятора. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройству управления производственным процессом, и в частности относится к регуляторам для обеспечения текучей среды под давлением на заданном уровне.

Уровень техники

Во многих случаях управления производственным процессом поток технологической текучей среды регулируется одним или более регулирующими клапанами. Сами регулирующие клапаны могут иметь различные формы, включая клапаны, в которых используются управляющие элементы в виде подвижных штоков, дроссельных заслонок и поворотных шаров для регулирования имеющего изменяющийся размер проема между входным и выходным отверстиями клапана. Сам управляющий элемент регулируется исполнительным механизмом, физически связанным с управляющим элементом. Исполнительный механизм также может иметь различные формы, включая исполнительные механизмы, использующие диафрагму с камерами повышенного и пониженного давления, расположенными по сторонам диафрагмы. Путем регулирования разности давлений между первой и второй камерами диафрагму можно перемещать вверх и вниз относительно регулирующего клапана и, в свою очередь, перемещать связанный с диафрагмой исполнительный шток и управляющий элемент.

Соответственно, очевидна важность обеспечения исполнительного механизма текучей средой при известных давлениях. В случае диафрагмного исполнительного механизма воздух под давлением часто используется в качестве текучей среды и подается посредством регулятора. Регулятор имеет корпус с входом и выходом, причем вход соединен с таким источником сжатого воздуха, как компрессор производственной установки, содержащий регулятор. Этими установками могут быть нефтеперерабатывающие установки, химико-технологические установки, установки переработки пищевой продукции или любой другой тип управления производственным процессом, где важно регулировать давление и поток текучей среды. Корпус регулятора также имеет выход, соединенный с исполнительным механизмом клапана, имеющим подвижную пробку, установленную в корпусе между входом и выходом. В зависимости от положения пробки в канале, соединяющем вход с выходом, обеспечиваемое регулятором давление можно либо повышать, либо понижать до заданного или известного уровня для точной подачи в исполнительный механизм.

Для регулирования потока этой текучей среды под давлением от регулятора в исполнительный механизм между ними установлено позиционирующее устройство (иногда называемое управляющим устройством или прибором). Позиционирующее устройство может принимать сигнал от процессора данной производственной установки или завода, определяющий необходимый расход технологической текучей среды. На основании полученного управляющего сигнала позиционирующее устройство затем определяет требуемое положение клапана и позволяет текучей среде под давлением проходить от регулятора в исполнительный механизм клапана надлежащим образом, чтобы обеспечивать правильное положение клапана и, в конечном счете, необходимый расход технологической текучей среды.

Помимо обеспечения подачи точно регулируемого уровня текучей среды под давлением в исполнительный механизм, такие системы также должны обеспечивать механизм, согласно которому регулирующий клапан сможет устанавливаться в предохранительное положение. Как указано выше, эти регулирующие клапаны часто используются в нефтеперерабатывающих или химико-технологических установках, где обязательно нужно, чтобы клапан устанавливался в предохранительное положение. Это предохранительное положение может означать, что регулирующий клапан устанавливается в полностью открытое или полностью закрытое положение. В обоих случаях, для того чтобы регулирующий клапан занял такое положение, текучую среду под давлением в исполнительном механизме, обеспечивающем управление регулирующим клапаном, нужно полностью рассеять или вывести из системы. Однако если исполнительный механизм получает текучую среду под давлением от регулятора, то именно регулятор должен быть снабжен механизмом для отвода излишнего давления из исполнительного механизма клапана. Конструкции, обеспечивающие устойчивый вывод в атмосферу давления на выходе из регулятора, включают, помимо прочего, имеющие фиксированный диаметр внутренние и наружные отверстия для отвода излишнего давления. Но для этих конструкций требуется, чтобы давление выхода регулятора постоянно выбрасывалось в атмосферу, что будет сопровождаться слышимым шумом исходящего воздуха, в результате чего на компрессорную систему промышленной установки будет действовать повышенная нагрузка, что будет обуславливать неверные показания наличия механического дефекта или неисправности.

Соответственно, существует необходимость в обеспечении усовершенствованной конструкции регулятора, в необходимых случаях обеспечивающей быстрый и надежный выход излишнего давления на выходе регулятора.

Сущность изобретения

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения обеспечен регулятор давления, содержащий корпус, вход, выход, канал, пробку и выпускной клапан. Вход и выход выполнены в корпусе, причем на вход подается текучая среда, сжатая до первого давления, и регулирующая текучая среда со сниженным вторым давлением. Канал может соединять вход с выходом с помощью пробки, подвижно установленной в корпусе и размещенной в канале. Пробка выполнена с возможностью перемещения между предельными положениями: от первого положения, закрывающего канал, во второе положение, полностью открывающее канал. Выпускной клапан расположен между выходом и входом, и в обычном положении он закрыт, но открыт, когда давление на выходе превышает давление на входе на заданное значение.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения обеспечена система клапана, которая содержит регулирующий клапан, исполнительный механизм клапана и регулятор. Регулирующий клапан выполнен с возможностью регулирования потока технологической текучей среды, причем исполнительный механизм клапана связан с регулирующим клапаном и приводится в действие текучей средой под давлением. Регулятор выполнен с возможностью оперативной связи с исполнительным механизмом клапана и с возможностью подачи текучей среды под определенным давлением в исполнительный механизм клапана. Исполнительный механизм содержит вход, выход и подвижный элемент между ними, причем регулятор также содержит реверсивный клапан выпуска давления, соединяющий выход с входом, когда давление на выходе выше давления на входе на заданное значение.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения обеспечен способ работы системы регулирующего клапана, согласно которому текучую среду под давлением направляют из регулятора в исполнительный механизм клапана, чтобы изменить положение исполнительного механизма клапана, изменяют положение регулирующего клапана в соответствии с изменением положения исполнительного механизма клапана и при необходимости выпускают излишнее давление из исполнительного механизма клапана, чтобы переместить регулирующий клапан в определенное положение. Излишнее давление можно выпустить через установленный в регуляторе реверсивный клапан выпуска давления.

Эти и другие аспекты и признаки настоящего изобретения поясняются в приводимом ниже подробном описании со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - блок-схема клапанной системы, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 - сечение регулятора, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.3 - сечение реверсивного клапана выпуска давления, имеющего регулятор, выполненный в соответствии с настоящим изобретением.

Приводимое ниже подробное описание включает различные модификации и альтернативные конструкции, некоторые варианты осуществления изобретения показаны на чертежах и описаны более подробно ниже. Подразумевается, что раскрытые определенные варианты изобретения не ограничивают его, но, напротив, раскрытие изобретения включает все модификации, альтернативные конструкции и эквиваленты, входящие в рамки идеи и объема изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.

Подробное описание изобретения

Обращаясь к чертежам, на Фиг.1 показана выполненная в соответствии с настоящим изобретением клапанная система 20. Эта клапанная система может применяться в различных производственных установках, включая, помимо прочего, нефтеперерабатывающие установки, химико-технологические установки, установки переработки пищевой продукции и пр. В каждых предполагаемых производственных установках клапанная система 20 может использоваться для регулирования потока технологической текучей среды при необходимом давлении, расходе потока и объеме.

Система 20 клапана содержит регулирующий клапан 22, регулирующий поток технологической текучей среды между входом 24 и выходом 26. Как указано выше, в регулирующем клапане 22 может быть использовано любое число разных конструкций, включая, помимо прочего, подвижные штоки, дроссельные заслонки и поворотные шары.

С регулирующим клапаном 22 соединен исполнительный механизм 28 клапана посредством штока 30, связанного с управляющим элементом регулирующего клапана 22. Соответственно, перемещение исполнительного механизма 28 клапана управляет положением управляющего элемента клапана 22 и, тем самым, управляет потоком текучей среды, проходящим через систему 20. Для этого исполнительный механизм 28 клапана может иметь разные формы, включая пневматические или другие работающие от действия текучей среды исполнительные механизмы, в которых используется диафрагма 31 в корпусе, расположенная между верхней 32 и нижней 33 камерами. При заполнении верхней и нижней камер текучей средой с разными давлениями в диафрагме создается разность давлений, в результате чего диафрагма перемещается. Перемещение диафрагмы 31, в свою очередь, обеспечивает перемещение штока 30, которое, в свою очередь, обеспечивает перемещение управляющего элемента, тем самым изменяя положение регулирующего клапана 22.

Позиционирующее устройство 34 соединено с исполнительным механизмом 28 клапана, чтобы обеспечивать подачу текучей среды под давлением. В частности, позиционирующее устройство 34 обеспечивает подачу текучей среды под давлением в верхнюю камеру 32 и/или нижнюю камеру 33 исполнительного механизма 28 клапана, чтобы тем самым регулировать положение диафрагмы 31. Позиционирующее устройство 34 выполняет упомянутую функцию после получения управляющего сигнала 35 от процессора 36 производственной установки, который может входить в состав общей схемы управления производственной установкой, в которой действует система 20 клапана. Управляющий сигнал 35 может быть заданным сигналом, либо может основываться на сигналах, принимаемых от контура 38 обратной связи. Согласно Фиг.1 контур 38 обратной связи включает расходомер или т.п. 40, который измеряет количество технологической текучей среды из выхода 26. Соответственно, если данный измеренный поток нежелателен, то процессор 36 производственной установки может создать надлежащий управляющий сигнал 35 для соответствующего перемещения регулирующего клапана 22, чтобы поток технологической текучей среды приблизился к нужному уровню.

Позиционирующее устройство 34, как указано выше, обеспечивает подачу текучей среды под давлением к исполнительному механизму 28 клапана согласно управляющему сигналу 35. Но в само позиционирующее устройство 34 подается текучая среда под давлением от регулятора 42. В регулятор 42 подается сжатая до первого давления текучая среда от источника 44, и обеспечивается текучая среда 46 под давлением второго уровня для подачи ее к позиционирующему устройству 34. Например, источник 44 может быть сжатым воздухом, создаваемым главным компрессором производственной установки, и может поступать под давлением порядка сотен фунтов/кв. дюйм. Но позиционирующее устройство 34 выполнено с возможностью приема текучей среды под давлением с гораздо меньшим уровнем давления фунтов/кв.дюйм. Соответственно, регулятор 42 может быть регулятором снижения давления, в который подается сжатая текучая среда производственной установки с относительно высоким давлением и который поэтапно обеспечивает понижение давления сжатого воздуха до гораздо меньшего уровня, используемого позиционирующим устройством 34.

На Фиг.2 регулятор 42 показан подробнее. Регулятор 42 содержит корпус 48, имеющий вход 50 и выход 52, с каналом 54 между ними. Посредством регулирования площади поперечного сечения канала 54 можно регулировать текучую среду, проходящую через регулятор 42. Это можно осуществить регулированием положения подвижной пробки 56, размещенной в канале 54. Существуют разные механизмы, посредством которых можно осуществить это перемещение, согласно Фиг.2 выполненную с возможностью перемещения пробку 56 можно установить на пластине 58, которая, в свою очередь, выполнена с возможностью перемещения с отклонением к каналу 54 пружиной 60. Степень, в которой пластина 58 и поэтому пробка 56 смещаются к каналу 54, можно отрегулировать соответствующим подбором размера пружины 60 или регулированием положения болта 62, выполненного с возможностью придания усилия пружине 60. Согласно этой фигуре болт 62 имеет резьбу 64 и контргайку 66. Соответственно при повороте болта 62 он передает большее или меньшее усилие верхней пластине 68, которая, в свою очередь, регулирует степень сжатия или предварительной нагрузки пружины 60.

Согласно Фиг.2 регулятор 42 содержит узел 70 фильтра на входе 50, чтобы уменьшать количество мелких частиц, проходящих через регулятор 42, и тем самым обеспечивать подачу в позиционирующее устройство 34 относительно чистой текучей среды и за счет этого продлевать его срок службы и повышать его точность. Регулятор 42 также содержит ловушку 72 для влаги. Ловушка 72 для влаги служит резервуаром для жидкости или конденсата, отбираемого из текучей среды, проходящей через регулятор 42. Соответственно, сток 74 можно предусмотреть в корпусе 48 для удаления такой жидкости.

Различные камеры регулятора 42 предназначены для разных давлений. Так как регулятор 42 обычно является регулятором понижения давления, в котором давление на входе 50 выше давления на выходе 52, поэтому поток текучей среды будет обычно направляться из входа 50 через канал 54 и через выход 52 в позиционирующее устройство 34. Но, как упомянуто выше, иногда необходимо удалять текучую среду из выхода 52 или из позиционирующего устройства 34, или из исполнительного механизма 28 клапана. Например, если нужно, чтобы регулирующий клапан 22 был установлен в предохранительном положении, то управляющий элемент регулирующего клапана переместится либо в полностью открытое, либо в полностью закрытое положение. Поскольку управляющий элемент регулируется исполнительным механизмом 28 клапана, то для этого требуется, чтобы верхняя камера 32 и/или нижняя камера 33 исполнительного механизма 28 клапана полностью освободилась, чтобы обеспечить перемещение диафрагмы. Но исполнительный механизм 28 клапана может быть освобожден от текучей среды под давлением только через позиционирующее устройство 54 и регулятор 42. В противоположность регуляторам известного уровня техники с отверстием отвода излишнего давления в регуляторе, через которое постоянно выпускается излишнее давление за счет шумного выхода, в настоящем изобретении предусмотрен комплексный реверсивный клапан 76 выпуска давления (РКВД) непосредственно в регуляторе 42 между входом 50 и выходом 52. В частности, необходимо отметить, что РКВД 76 может быть установлен в отверстии 78, высверленном во внутренней стенке 80 корпуса 48. РКВД 76 может иметь различные формы выполнения, но в варианте осуществления согласно Фиг.3 он имеет корпус 82 с входом 84 и выходом 86, и расположенное между ними седло 88 клапана. Такой управляющий элемент 90, как шар или т.п., смещается к седлу 88 клапана пружиной 92 в направлении входа 84. РКВД 76 расположен таким образом, что выход 86 РКВД будет находиться вблизи входа 50 регулятора, при этом вход 84 РКВД будет находиться вблизи выхода 52 регулятора.

Специалисту в данной области техники будет ясно, что РКВД 76 представляет собой механизм, при помощи которого излишнее давление на выходе 52 снижается, и таким образом регулирующий клапан 22 будет установлен в нужное предохранительное положение. Это можно сделать в любое время, когда разность давлений между входом и выходом 50, 52 регулятора достигнет заданного уровня. Заданный уровень может быть определен размером пружины 92. В данном варианте осуществления размер пружины 92 подобран с возможностью ее сжатия и, тем самым, открытия РКВД 76 каждый раз, когда давление на выходе 52 будет превышать давление на входе 50 на шесть фунтов/кв.дюйм или более. Разумеется, размер РКВД 76 может быть подобран также с возможностью его открытия при любой другой необходимой разности давлений.

Поэтому очевидно, что в процессе работы система 20 клапана представляет собой систему, с помощью которой технологическая текучая среда может точно регулироваться и управляться между входом 24 и выходом 26. Это выполняется с помощью исполнительного механизма 28 клапана, который регулирует положение регулирующего клапана 22. Но, если необходимо, чтобы клапан 22 был установлен в полностью открытое или полностью закрытое положение, то исполнительный механизм 28 клапана представляет собой механизм, с помощью которого излишнее давление в нем может быть быстро и точно понижено не только посредством позиционирующего устройства 34, но также и с помощью регулятора 42. Это осуществляется за счет размещения РКВД 76 непосредственно в регуляторе 42, выполненном с возможностью открытия каждый раз, когда разность давлений в регуляторе 42 превысит заданное пороговое значение. При достижении этой разности давлений РКВД 76 открывается, и таким образом излишнее давление на выходе 52 удаляется, и клапан 22 может занять свое предохранительное положение. Причем, после понижения излишнего давления на выходе 52 РКВД 76 автоматически закрывается, снова установив систему 20 клапана в состояние для нормальной работы.

1. Регулятор давления, содержащий корпус, вход в корпусе для входа текучей среды, давление которой понижено до первого давления, выход в корпусе для выхода текучей среды, сжатой до значения второго давления, канал, соединяющий вход и выход, пробку, с возможностью перемещения установленную в корпусе и расположенную в канале, при этом пробка выполнена с возможностью перемещения в диапазоне положений от первого положения, закрывающего канал, до второго положения, полностью открывающего канал, и

реверсивный клапан выпуска давления в корпусе, расположенный между выходом и входом, причем реверсивный клапан выпуска давления обычно закрыт, и реверсивный клапан выпуска давления открывается, когда давление на выходе превышает давление на входе регулятора на заданное значение.

2. Регулятор давления по п.1, который также содержит пружину в корпусе, смещающую пробку в полностью открытое положение.

3. Регулятор давления по п.2, который также содержит регулирующий механизм для изменения степени смещения, создаваемого пружиной.

4. Регулятор давления по п.1, который также содержит фильтр, расположенный между входом и выходом.

5. Регулятор давления по п.1, который также содержит ловушку для влаги, расположенную между входом и выходом.

6. Регулятор давления по п.1, в котором реверсивный клапан выпуска давления является одноходовым стопорным клапаном, имеющим выполненную с возможностью перемещения пробку, установленную в корпусе между входом и выходом, с седлом между ними, причем пружина смещает пробку к седлу.

7. Регулятор давления по п.2, в котором размер пружины определяет заданное значение давления, при этом заданное значение давления приблизительно равно шести фунтам/кв.дюйм.

8. Система клапана, содержащая регулирующий клапан для регулирования потока технологической текучей среды,

исполнительный механизм клапана, соединенный с регулирующим клапаном, причем исполнительный механизм клапана приводится в действие текучей средой под давлением, и регулятор, оперативно связанный с исполнительным механизмом клапана, при этом регулятор направляет текучую среду под определенным давлением в исполнительный механизм клапана, причем регулятор включает вход, выход и подвижный элемент между ними, регулятор также содержит реверсивный клапан выпуска давления, выполненный с возможностью соединения выхода с входом, когда давление на выходе превышает давление на входе на заданное значение.

9. Система клапана по п.8, которая также содержит позиционирующее устройство, при этом позиционирующее устройство принимает управляющий сигнал и направляет текучую среду под давлением от регулятора в исполнительный механизм клапана в соответствии с управляющим сигналом.

10. Система клапана по п.8, в которой реверсивный клапан выпуска давления является одноходовым стопорным клапаном, при этом стопорный клапан включает корпус, имеющий вход, выход, седло между входом и выходом, и подвижный клапанный элемент, смещаемый к седлу пружиной.

11. Система клапана по п.10, в которой пружина смещает клапанный элемент к выходу регулирующего клапана.

12. Система клапана по п.8, в которой заданное значение является разностью давлений, равной шести фунтам/кв. дюйм.

13. Система клапана по п.8, в которой регулятор также включает пружину, смещающую подвижный элемент регулятора в открытое положение.

14. Система клапана по п.8, в которой регулятор также содержит фильтр между входом и выходом.

15. Система клапана по п.8, в которой регулятор также содержит ловушку для влаги между входом и выходом.

16. Способ работы системы регулирующего клапана, включающий следующие этапы:

направление текучей среды под давлением из регулятора в исполнительный механизм клапана, чтобы изменить положение исполнительного механизма клапана,

изменение положения регулирующего клапана в соответствии с изменением положения исполнительного механизма клапана, и при необходимости, выпуск излишнего давления из исполнительного механизма клапана, чтобы переместить регулирующий клапан в определенное положение, причем излишнее давление выпускают через установленный в регуляторе реверсивный клапан выпуска давления.

17. Способ по п.16, в котором излишнее давление выпускают, когда давление на выходе регулятора превышает давление на входе регулятора на заданное значение.

18. Способ по п.17, в котором заданное значение составляет шесть фунтов/кв.дюйм.

19. Способ по п.16, в котором реверсивный клапан выпуска давления содержит смещаемый пружиной элемент, при этом излишнее давление выпускают, когда давление на выходе регулятора превышает давление на входе регулятора, причем разность давлений между ними создает усилие, достаточное для преодоления смещающего усилия пружины.

20. Способ по п.16, в котором текучую среду под давлением направляют из регулятора в исполнительный механизм клапана при помощи позиционирующего устройства.

21. Способ по п.16, который также включает этап осуществления приема позиционирующим устройством сигнала, определяющего необходимое положение регулирующего клапана.

22. Способ по п.16, в котором положение исполнительного механизма клапана изменяют путем регулирования разности давлений в исполнительном механизме клапана.