CN105229549A - 气体压力调节器及用于导引所述压力调节器的方法 - Google Patents

Abstract

一种压力调节器(1)，包括：位于流动管道(2)中的气门(3)，该气门(3)限定变窄部并且以改变变窄部的横截面的方式移动进而使工作气体的压力下降；机械化室(4)，该机械化室(4)与气门(3)下游的区域(2b)连通并且由第一可动壁(5)界定，第一可动壁(5)连接至气门(3)使得输送压力的增大引起气门(3)的用以减小变窄部的横截面的相应运动，反之亦然；补偿室(6)，该补偿室(6)区隔于机械化室(4)，该补偿室(6)填充有补偿气体并且由第二可动壁(7)界定，第二可动壁(7)连接至气门(3)使得将补偿气体的压力传递至气门(3)。即时地调节补偿气体的压力。

Description

气体压力调节器及用于导引所述压力调节器的方法

技术领域

本发明涉及特别适合用在天然气分配网络中的气体压力调节器。

本发明还涉及用于导引所述压力调节器的方法。

背景技术

众所周知，天然气分配网络包括压力调节站，在该压力调节站中，气体压力从给送值减小至用户单元所需的输送值。

所述压力减小借助于压力调节器而获得，所述压力调节器具有使输送压力保持在预定设定值处而与所输送天然气的流量无关的功能。

已知类型的压力调节器包括天然气流动管道，该天然气流动管道具有与分配网络的高压分支连通的一个端部以及与指向用户单元的低压分支连通的相反的端部。

在流动管道中，存在气门，该气门限定流动管道自身中的变窄部，以引起气门的压力下游与气门的压力上游之间的气体压力下降。

气门可以被移动成使得可以根据气体流量来改变变窄部的横截面并且因此改变气体压力下降。

气门借助于反馈回路而移动，该反馈回路在所输送气体的压力相对于调节器中设定的值增大的情况下减小气门的开口的程度，并且在压力减小的情况下，该反馈电路增大气门的开口的程度。

所述反馈基于机械化室的使用，该机械化室由可动壁界定，该可动壁连接至气门并且该可动壁与弹簧相关联。

只要机械化室中的压力与弹簧的力相平衡，可动壁即保持静止。

在有压力扰动的情况下，可动壁移动，由此引起气门的相应运动，直到恢复平衡条件为止。

根据第一已知技术，机械化室安置成与流动管道的位于气门下游的区域直接连通，使得可动壁经受天然气的输送压力。

可动壁连接至气门使得例如在流量增大之后，输送压力减小，由此使气门打开以恢复初始压力。

以上刚刚描述的调节器被称为“直接作用”调节器，这是由于控制气门的可动壁直接受天然气的输送压力的影响。

在这种情况下，通过干预弹簧预载荷来调节设定压力。明显地，假设延迟仅仅是与调节器的部件的机械惯性有关以及与压力扰动从流动管道传播至气门室所需的时间有关，则直接作用调节器对于压力变化的响应非常快。

另一方面，所述直接作用调节器提供相对有限的调节精度，起因于下述事实：弹簧的力随着弹簧的变形变化是不均匀的。

因此，需要使弹簧的力平衡的气体压力取决于弹簧的变形并且因此取决于可动壁的位置。

因此，气体的输送压力不恒等于设定压力，而是根据气门的位置偏离设定压力。

以上所提及的直接作用压力调节器的另一缺点是：其不允许从远程位置改变设定压力。

实际上，出于安全原因，借助于位于压力调节器上的调节螺纹件来完成所述设定，该调节螺纹件在气门处于相同位置的情况下改变弹簧的变形的程度以改变弹簧所施加的力。

明显地，不能够从远程位置完成设定的事实导致下述另一缺点：所述设定必须在现场进行并且由此需要较高的劳动力成本。

用于控制压力调节器的第二种已知的技术包括通过导引装置的间接反馈，该导引装置改变机械化室中的压力，使得天然气的输送压力保持在导引装置中设定的值处。

与先前所描述的压力调节器系统相比，以上刚刚描述的压力调节器系统提供了下述优点：该压力调节器系统允许更精确地调节气体输送压力。

还有利的是，可以从远程位置改变导引装置的设定，原因在于设定装置具有与压力调节器相比不太严格的安全要求。

然而，以上刚刚描述的系统的缺点是：该系统的响应时间长于第一系统的响应时间，原因在于该系统的响应时间还包括导引装置的反应时间。

以上刚刚描述的系统带来的另一缺点在于导引装置发生故障导致不能调节气体输送压力，这限制了压力调节器系统的可靠性。

发明内容

本发明旨在克服上述对于已知类型的压力调节器系统而言是非常典型的所有缺点。

特别地，本发明的一个目的是提供一种结合了直接作用调节器的优点和由导引调节器提供的优点的压力调节器。

更确切地说，本发明的目的是提供一种组合了由导引调节器执行的调节的可靠性和直接作用调节器的响应速度的压力调节器。

本发明的另一目的是提供一种能够即使在导引装置发生故障的情况下仍能够继续作为直接作用调节器工作的压力调节器。

本发明的另外的目的是提供一种如下压力调节器：该压力调节器能够被容易地改变并且因而能够在直接作用压力调节器中进行改造，反之亦然。

所述目的通过根据权利要求1所述的用于导引压力调节器的方法来实现。

所述目的还通过根据权利要求6所述的压力调节器来实现。

在相应从属权利要求中描述了本发明的另外的细节特征。

有利地，导引装置与压力调节器结合使用的事实使得能够从远程位置改变压力调节器的设定值。

附图说明

在本发明的参照附图且通过非限制性示例的方式所提供的一些优选实施方式的描述中突出所述目的和优点以及下面将描述的其他目的和优点，在附图中：

—图1示出了本发明的主题的压力调节器系统的示意图；

—图2示出了图1的放大详细视图。

具体实施方

本发明的主题的、在图1中整体由附图标记15指示的压力调节器系统特别适合用于工作气体的——特别是天然气——的分配网络中。

压力调节器系统15设置有用于所述工作气体的压力调节器1。

如图2中更详细地示出的，压力调节器1包括外壳9，该外壳9界定用于工作气体的流动管道2，流动管道2在入口嘴16与出口嘴17之间形成。

压力调节器1还包括气门3，该气门3沿着流动管道2以在管道2自身中限定变窄部的方式布置，这引起气门3上游的区域2a中的给送压力与气门3下游的区域2b中的输送压力之间的工作气体的压力下降。

特别地，气门3可以以能够增大或减小所述变窄部的横截面的方式运动。

气门3的位置通过机械化室4来调节，该机械化室4安置成与下游区域2b连通，使得机械化室4内侧的压力为输送压力。

机械化室4由第一可动壁5部分地界定，该第一可动壁5优选但不是必须地为弹性可变形膜。

所述第一可动壁5以下述方式与气门3相关联：例如在用户单元所需的流量减小之后，输送压力增大，由此引起气门3沿使变窄部的横截面减小的方向进行相应运动，反之亦然。

为此，压力调节器1优选地包括弹性装置8，所述弹性装置8构造成使得其在第一可动壁5上施加预定力，该预定力抵抗存在于机械化室4中的工作气体的压力的作用，以使工作气体的压力平衡在设定压力值处。

有利地，弹性装置8的存在使得能够通过简单地改变弹性装置8的预载荷来调节所述设定压力。

优选地，弹性装置8包括弹簧，调节器1的设定压力的调节优选地通过螺纹件来完成，该螺纹件可以从外壳9的外侧接近并且适于改变所述弹簧的预载荷。

可以理解的是，以上刚刚描述的构型——在该构型中，机械化室4经受输送压力——对应于直接作用调节器的构型。

因此，有利地，压力调节器1具有与已知类型的直接作用调节器相同的响应的速度。

优选地，压力调节器1还设置有安全阀20，该安全阀20适于在一些特定条件需要的情况下——例如在发生故障的情况下——关闭流动管道2。

压力调节器1还包括补偿室6，该补偿室6区隔于机械化室4并且填充有在相应补偿压力下的补偿气体。

补偿室6由第二可动壁7部分地界定，该第二可动壁7操作性地连接至气门3，使得其能够将存在于补偿室6中的压力传递至气门3。

补偿室6可以直接连接至流动管道2的位于气门3上游的区域2a，使得补偿室6和区域2a两者内侧的压力相同。

所述直接连接与已知类型的直接作用调节器中使用的直接连接完全类似，并且所述直接连接使得能够补偿工作气体的给送压力的趋于打开气门3的推力，从而获得调节精度的优点。

为此，第二可动壁7的表面面积优选地与气门3的经受工作气体的给送压力的表面的面积对应，以获得最优补偿。

根据本发明，所述补偿室6不仅用于补偿气门3上的工作气体的推力而且用于导引压力调节器1以修正输送压力相对于设定压力的任何偏差。

所述偏差可能是由于例如随着以上所描述的气门3的位置的变化而由弹性装置8施加在机械化室4的第一可动壁5上的力的变化引起的。

为了进行修正，压力调节器1的外壳9限定补偿通道10，该补偿通道10在第一端部处与补偿室6连通并且在第二端部10a处与外壳9的外侧连通。

所述补偿通道10使得能够从外侧改变补偿压力，由此根据工作气体的输送压力来调节补偿压力，以修正与设定压力的所述偏差。

特别地，以下述方式来调节补偿压力：当输送压力趋于超过设定压力时，补偿压力变化使得气门3趋于移动以减小变窄部的横截面。

以这种方式，如果在输送压力变化之后，气门3的由机械化室4的作用引起的运动不足以使输送压力回到设定值，则补偿压力的相应变化修正气门3的位置，并且因此，有助于恢复设定压力。

因此，可以理解的是，本发明实现了下述目的：与直接作用调节器相比，增大了压力调节器系统的调节的可靠性，同时又保持了其响应的快速性。

优选但不是必须地，补偿压力借助于图1中可见的节流阀12来获得。

节流阀12设置有入口嘴12a和出口嘴12b，其中，入口嘴12a与流动管道2的位于气门3上游的区域2a连通，出口嘴12b与补偿通道10的第二端部10a连通。

优选地，节流阀12位于压力调节器1外侧，当然在本发明的变型实施方式中，节流阀12可以结合在压力调节器1中。

压力调节器系统15还包括导引装置14，该导引装置14包括导引阀13，该导引阀13可以被打开至下述程度：可以以与预定导引压力与工作气体的输送压力之间的差值成比例地被控制。

特别地，导引阀13设置有入口嘴13a和出口嘴13b，其中，入口嘴13a连接至节流阀12的出口嘴12b，出口嘴13b连接至流动管道2的位于气门3下游的区域2b。

导引阀13优选地受导引室18控制，该导引室18连接至流动管道2下游的区域2b使得导引室18经受输送压力。

所述导引室18由弹性膜19界定，该弹性膜19控制导引阀13的开度。

膜19的弹性产生下述力：该力抵抗导引压力的作用并且优选地通过弹性装置22和/或通过加压设定室23来获得。

按如下方式调节补偿气体压力。

首先，导引阀13布置成使得其开度与预定导引压力与输送压力之间的差值成比例。工作气体的通过导引阀13流出流动管道2的位于气门3上游的区域2a的部分通过节流阀12并且经受与获取的流量成比例的压力减小。

由于节流阀12的出口嘴12b与补偿室6连通，因此所述补偿室中的压力与节流阀12自身下游的压力对应。

因此，可以理解的是，流动通过导引阀13的工作气体的流量越高，输送压力相对于导引压力越低，则补偿压力越低。

补偿压力的减小趋于打开气门3，因而增大了输送压力直到恢复与导引压力对应的条件为止。

因此，可以理解的是，压力调节器1不由导引阀13排他地导引，如已知类型的导引调节器中的情况那样。

相反，当导引阀13仅修正调节器1自身的偏差时，压力调节器1作为已知类型的直接作用调节器保持运行。

因此，本发明实现了下述目的：即使在导引阀13例如由于故障而停止的情况下仍能确保压力调节器1的操作的连续性。

事实上，在这种情况下，除了由于补偿气体的压力所做的任何更改——然而，所述更改并不负面地影响调节器的操作——之外，压力调节器1保持规律地操作为直接作用调节器。

仍然有利地，压力调节器1还可以在不存在导引阀13的情况下或者在导引阀13永久关闭的情况下操作。

事实上，在这种情况下，补偿室6中的压力等于给送压力，原因在于没有气体流动通过节流阀12，并且因此，没有通过节流阀12的压力减小。

这例如在需要更换导引阀13时是特别有利地，原因在于该操作不要求将压力调节器1排除在外。

事实上，通过本文中未图示但是本身是已知的装置例如旋塞将足以中断压力调节器1与导引阀13之间的连接。

压力调节器系统15优选地包括旋塞24，该旋塞24适于中断导引阀13的出口嘴13b与流动管道2之间的连接，以暂停导引阀13的修正动作。有利地，所述暂停使得既能够进行压力调节器1的初始设定又能够在导引阀13出现故障的情况下快速排除导引阀13。

在本发明的变型实施方式中，所述暂停能够借助于下述阀来实现：该阀在本文中未图示但是本身是已知的、以中断压力调节器1与导引阀13之间的连接的方式布置。

关于节流阀12，其优选地包括调节装置21，该调节装置21适于改变阀12自身的横截面。

所述调节使得能够在穿过节流阀12的相同的气体流量的情况下改变通过节流阀12的压力下降，因此改变在压力调节器1上所进行的修正的程度。

特别地，节流阀12的较小的横截面意味着——在其他条件相同的情况下——补偿室6中较高的压力下降，并且因此，意味着调节器1上较高的修正效果，以获得调节的快速性的益处。

明显地，节流阀12的最优的调节是下述调节：该调节确保调节器1的所述增大的调节的快速性与操作的稳定性之间的最佳折衷，其中，调节器1的操作的稳定性与调节的快速性显然成反比。

同样清楚的是，在本发明的变型实施方式中，例如当节流阀12在工厂中设定在预定最优值处时，节流阀可以不具有所述调节装置21。

压力调节器1的外壳9优选地限定获取通道11，该获取通道11在第一端部处与流动管道2的位于气门3上游的区域2a连通并且在第二相反端部11a处与外壳9的外侧连通。

有利地，所述获取通道11使得能够将从压力调节器1并且特别地靠近气门3直接获取的工作气体给送至节流阀12，以获取系统的紧凑的优点。

优选地，获取通道11的第一端部终止于先前所提及的安全阀20下游，使得当所述阀20关闭时，阻止工作气体朝向流动管道2下游分支穿过获取通道11和导引阀13。

导引阀13优选但不是必须地包括在本文中未图示但本身是已知的控制装置，所述控制装置构造成允许远程用户改变预定导引压力，以实现本发明的另一目的。

优选但不是必须地，所述远程控制装置包括下述装置：该装置意在调节所述弹性装置22的压缩和/或所述设定室23中的压力，使得改变作用在导引室18的弹性模19上的总力。

再次参照压力调节器1，补偿室6优选地设置在机械化室4与流动管道2之间。

以这种方式，有利地，补偿通道10的第二端部10a可以布置在获取通道11的第二端部11a附近，因而便于将通道10、11连接至节流阀12。

此外，两个上述通道10、11的临近使得能够将该两个通道10、11结合在属于外壳9的单个可移除的中间部分9a中，该单个可移除的中间部分9a在一侧上界定补偿室6而在另一侧上界定流动管道2的位于气门3上游的区域2a。

有利地，所述可移除的中间部分9a可以容易地用不同的中间部分取代，该不同的中间部分在图中未图示，除了下述不同之处以外与先前的中间部分相同，所述不同的中间部分具有代替获取通道11和补偿通道10的下述通道：该通道完全位于中间部分自身内侧并且该通道在气门3的上游的区域2a的高度处将补偿室6直接连接至流动管道2。

以上刚刚描述的不同的中间部分使得能够将压力调节器1转换为传统类型的直接作用调节器。

根据以上所提供的说明，可以理解的是，以上所描述的压力调节器、用于导引所述压力调节器的方法、以及包括所述压力调节器的压力调节器系统实现了所有设定的目的。

事实上，补偿室的补偿通道的存在使得能够将补偿室连接至导引装置，使得能够修正由压力调节器调节的压力的任何偏差，然而维持了与直接作用调节器的响应的速度类似的响应的速度。

此外，导引装置仅执行修正动作而不影响压力调节器的主调节机构的事实允许压力调机器即使在导引装置发生故障的情况下仍能作为直接作用调节器工作。

最后，补偿通道和获取通道结合到压力调节器的可移除的中间部分中使得能够容易地对压力调节器进行改进并且将压力调节器转变为直接作用压力调节器，反之亦然。

Claims (15)

1.一种用于对用于工作气体的压力调节器(1)进行导引的方法，所述压力调节器(1)包括：

-流动管道(2)，所述流动管道(2)用于所述工作气体；

-气门(3)，所述气门(3)沿着所述流动管道(2)以在所述流动管道(2)中限定变窄部的方式布置，所述变窄部适于使所述工作气体的压力从给送压力下降至输送压力，其中，所述进给压力存在于所述流动管道(2)的关于所述工作气体的流动方向位于所述气门(3)上游的区域(2a)中，所述输送压力存在于所述流动管道(2)的位于所述气门(3)下游的区域(2b)中，所述气门(3)能够以改变所述变窄部的横截面的方式运动；

-机械化室(4)，所述机械化室(4)安置成与所述下游区域(2b)连通并且由第一可动壁(5)至少部分地界定，所述第一可动壁(5)连接至所述气门(3)，使得所述输送压力的增大引起所述气门(3)的适于减小所述变窄部的所述横截面的相应运动，以及，使得所述输送压力的减小引起所述气门(3)的适于增大所述变窄部的所述横截面的相应运动；

-补偿室(6)，所述补偿室(6)区隔于所述机械化室(4)，所述补偿室(6)填充有补偿气体并且由第二可动壁(7)至少部分地界定，所述第二可动壁(7)连接至所述气门(3)使得能够将所述补偿气体的压力传递至所述气门(3)，

其特征在于，所述方法包括根据所述输送压力即时调节所述补偿气体的压力的操作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述补偿气体的压力进行调节，以使得所述输送压力相对于预定值的增大引起施加在所述第二可动壁(7)上的适于引起所述气门(3)的适合使所述变窄部的所述横截面减小的运动的压力变化；以及，所述输送压力相对于预定值的减小引起施加在所述第二可动壁(7)上的适于引起所述气门(3)的适合使所述变窄部的所述横截面增大的运动的压力变化。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述补偿气体的压力的调节借助于下述操作来实现：

-以与预定导引压力与所述输送压力之间的差值成比例的方式打开导引阀(13)；

-使从所述上游区域(2a)获取的那部分所述工作气体流动通过所述导引阀(13)；

-在所述获取的部分流动通过所述导引阀(13)之前使所述获取的部分经受节流操作，使得所述获取的部分的压力减小与所述获取的部分的流量成比例的量；

-将所述补偿室(6)连接至所述导引阀(13)，使得所述补偿室(6)中的压力与通过所述节流操作而减小的压力对应。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述压力调节器(1)包括弹性装置(8)，所述弹性装置(8)构造成用以抵抗由所述工作气体施加在所述第一可动壁(5)上的压力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述弹性装置(8)构造成用以在所述第一可动壁(5)上施加趋于使所述气门(3)移动的预定力，以减小所述变窄部的所述横截面。

6.一种用于工作气体的压力调节器(1)，所述压力调节器(1)包括外壳(9)，在所述外壳(9)中布置有下述元件：

-流动管道(2)，所述流动管道(2)用于所述工作气体；

-气门(3)，所述气门(3)沿着所述流动管道(2)以在所述流动管道(2)中限定变窄部的方式布置，所述变窄部适于使所述工作气体的压力从给送压力下降至输送压力，其中，所述给送压力存在于所述流动管道(2)的关于所述工作气体的流动方向位于所述气门(3)上游的区域(2a)中，所述输送压力存在于所述流动管道(2)的位于所述气门(3)下游的区域(2b)中，所述气门(3)能够以改变所述变窄部的横截面的方式运动；

-机械化室(4)，所述机械化室(4)设置有开口(4a)，所述开口(4a)适于将所述机械化室(4)连接至所述下游区域(2b)，所述机械化室(4)由第一可动壁(5)至少部分地界定，所述第一可动壁(5)连接至所述气门(3)，使得所述输送压力的增大引起所述气门(3)的适于减小所述横截面的相应运动，以及，使得所述输送压力的减小引起所述气门(3)的适于增大所述横截面的相应运动；

-补偿室(6)，所述补偿室(6)区隔于所述机械化室(4)并且由第二可动壁(7)至少部分地界定，所述第二可动壁(7)操作性地连接至所述气门(3)使得能够将包含在所述补偿室(6)中的气体的压力传递至所述气门(3)，

其特征在于，所述外壳(9)限定补偿通道(10)，所述补偿通道(10)在第一端部处与所述补偿室(6)连通而在第二端部(10a)处与所述外壳(9)的外侧连通。

7.根据权利要求6所述的压力调节器(1)，其特征在于，所述补偿室(6)置于所述机械化室(4)与所述流动管道(2)之间。

8.根据权利要求7所述的压力调节器(1)，其特征在于，所述外壳(9)包括可移除的中间部分(9a)，所述补偿通道(10)限定在所述可移除的中间部分(9a)中，其中，所述可移除的中间部分(9a)的一侧界定所述补偿室(6)而相反侧界定所述上游区域(2a)。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的压力调节器(1)，其特征在于，所述外壳(9)限定获取通道(11)，所述获取通道(11)在第一端部处与所述上游区域(2a)连通而在相反的第二端部(11a)处与所述外壳(9)的外侧连通。

10.根据当与权利要求8相结合时的权利要求9所述的压力调节器(1)，其特征在于，所述获取通道(11)限定在所述可移除的中间部分(9a)中。

11.根据权利要求6至10中的任一项所述的压力调节器(1)，其特征在于，所述压力调节器(1)包括弹性装置(8)，所述弹性装置(8)构造成使得在所述第一可动壁(5)上施加预定力，所述预定力指向成使得所述预定力抵抗由所述工作气体施加在所述第一可动壁(5)上的压力并且所述预定力趋于使所述气门(3)移动以减小所述变窄部的所述横截面。

12.一种用于对工作气体的压力进行调节的系统(15)，其特征在于，所述系统(15)包括：

-根据权利要求6至11中的任一项所述的压力调节器(1)；

-节流阀(12)，所述节流阀(12)设置有与所述上游区域(2a)连通的入口嘴(12a)和与所述补偿通道(10)的所述第二端部(10a)连通的出口嘴(12b)；

-导引阀(13)，所述导引阀(13)适于以下述方式被控制：与预定导引压力与所述输送压力之间的差值成比例地改变所述导引阀(13)的打开程度，所述导引阀(13)设置有与所述节流阀(12)的所述出口嘴(12a)连通的入口嘴(13a)和与所述下游区域(2b)连通的出口嘴(13b)。

13.根据权利要求12所述的压力调节器系统(15)，其特征在于，所述压力调节器系统(15)包括调节装置(21)，所述调节装置(21)适于针对通过所述节流阀(12)的给定气体流量来调节通过所述节流阀(12)的压降。

14.根据权利要求12或13所述的压力调节器系统(15)，其特征在于，所述导引阀(13)包括控制装置，所述控制装置构造成使得允许远程用户改变所述预定导引压力。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的压力调节器系统(15)，其特征在于，所述压力调节器系统(15)包括旋塞(24)，所述旋塞(24)适于中断所述导引阀(13)的所述出口嘴(13b)与所述流动管道(2)之间的连接。