CN106104403B - 用于流量均分的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于压力调整系统中的用于馈送气体的第一管线(1)与用于馈送气体的第二管线(2)之间的流量均分的设备，包括用于将第一管线(1)的压力调整至第一预定压力(P1)的第一调整装置(4)的第一控制单元(8)、用于将第二管线(2)的压力调整至第二预定压力(P2)的第二装置(6)的第二控制单元(19)、用于第一控制单元(8)与第二调整装置(6)之间的连接的、用于将第二管线(2)的压力调整至第一预定压力(P1)的气动导管、以及用于中断用于将第二管线(2)的压力调整至第二预定压力(P2)的气动连接的气动开关(20)。

Description

用于流量均分的设备和方法

技术领域

本发明针对涉及气体的分配的技术领域。

更具体地，本发明涉及均分设备，该均分设备用于调整两条或更多条管线上的压力的系统或工位。

背景技术

用于调整多条管线上的压力的系统或工位基本为允许向网络馈送的工厂，该网络用于承载和分配气体至民用和工业使用者。

仅作为示例，用于调整压力的系统用于在分配网络中将气体压力从中压减小至低压。

参考意大利现行的标准，低馈送压力表示0.04巴至12巴之间的压力，中馈送压力表示12巴至24巴之间的压力，在这之上的压力人们称之为高压。

对上述调整系统中的“两条或更多条管线”的参考是指以下事实：这些管线通常包含并联布置的多条压力调整管线。

这些管线中，一条通常被称为“主要的”，因为它一般是运行的，而其它条被称为“辅助的”，因为它们一般是不工作的且设计为在主管线的错误或故障的情形下投入运行。

主要管线和辅助管线被不同地校准，且如果主要管线不再能够在校准压力下馈送气体，则辅助管线自动启动，从而在低于主管线的校准压力的相关校准压力下馈送气体。

气体分配公司正开始制造低成本且全自动的设备用于流量的均分，这些设备允许两条或更多条已有管线总是并联地运行，其中气体流被均分且基本相等。

简而言之，原理上，该改动允许获得许多优点。

由于气体流将在多条管线之间分配，第一优点将是极大地降低噪声等级。

另一优点将是总是有管线处于运行中，以防止密封件(O形环)的粘附问题，该问题有时发生在主管线的错误之后、当紧急(辅助)管线必须在长时间的不工作之后介入时。O形环的粘附问题由设备长时间的不工作引起，该问题可通过使管线正常运行来解决。

通过使多条管线并联运行将获得的另一优点会是不必将管线设计为以如下方式运行：例如，在两条管线的情形下，一条以100％运行而另一条例如以70％运行，但反而可能将两条管线都设计成总流量的50％。以此方式，可能还在成本和安装空间方面有可观的节省，还能够通过采用现有气体分配网络的网格架构来克服管线中的任何错误。

有些现有技术的装置设计为管理在各条并联管线之间的流量的均分，但这些装置并非没有缺点。这些缺点中的第一项是由于以下事实：为了能够控制各条管线的调整装置，它们需要一个或多个附加控制单元，因而使调整系统的架构复杂并由此增加了工厂和管理成本。

另一缺点是至少在主管线错误的情形下，不可能保证工厂的剩余部分的充分和安全的运行。

除了管理的复杂性外，由附加控制单元的引入所导致的另一缺点是需要改变已有的工作参数，诸如原始控制单元的校准值。

该类型的方案在专利文件WO2012153310中示出，其中，附加控制管线与标准控制件并联定位，标准控制件与每个压力调整装置结合。

发明目的

因而，本发明的目的是提供克服这些缺点的技术方案，也就是说，提供一种均分设备，该均分设备在气体馈送管线中的一条错误或故障、甚至没有外部能量源的情形下，能够高效安全地操作，且制造同样廉价。

本发明的另一目的是提供一种实用、管理简单且高效的、用于使气体流量在两条馈送管线之间均分的方法。

根据本发明，上述目的由用于气体流量的均分的设备和方法来实现，包括在所附权利要求中描述的技术特征。

附图说明

参照以上目的，在下面的权利要求书中清楚地描述了本发明的技术特征，且参照附图从以下所附详细说明中其优点会更加明显，附图示出优选的非限制性示例，在附图中：

图1为根据本发明的设备的优选实施例的原理图；

图2为图1中的设备的变型实施例的原理图；

图3为图1中的设备的另一变型实施例的原理图；

图4为图1中的设备的另一变型实施例的原理图。

具体实施方式

参考附图，附图标记100整体地标示用于流量在多个气体馈送管线之间均分的设备。

参考图1，附图标记1标示用于馈送气体的第一管线的一部分，第一管线此后也被称为主管线。

另一方面，附图标记2标示用于馈送气体的第二管线的一部分，第二管线与上述第一管线1并联，第二管线此后也被称为辅助管线。

各自的箭头标示气体沿管线1、2的行进方向。

参考第一管线1，沿所示出的部分相继地有基本为已知类型的两个装置3、4，这两个装置用于调整压力。

相对于上述行进方向定位在上游的调整装置3是备用装置，而定位在下游的调整装置4是正常运行的装置，因而，调整装置4调整穿过其中的气体压力。定位在下游的调整装置4此后也将被称为第一调整装置。

与以上所述类似，考虑第二管线2，沿所示出的部分相继地有同样基本为已知类型的两个装置5、6，这两个装置用于调整压力。

相对于上述行进方向定位在上游的调整装置5是备用装置，而定位在下游的调整装置6是正常运行的装置，因而，调整装置6调整穿过其中的气体压力。定位在下游的调整装置6此后也将被称为第二调整装置。

上述压力调整装置3、4、5、6有助于在管线1、2上限定压力调整系统。

仅作为示例，假设在接收来自管道的低压气体的所谓的最终调整系统处，低压气体用于分配至馈送至使用者的网络，可想到的是，在调整装置3、5的上游，气体压力大约为5巴，而第一调整装置4和第二调整装置6的下游的气体压力在20毫巴的量级上。

这些值仅作为示例给出，并不限制本发明的范围。

对于每个压力调整装置3、4、5、6，根据本发明的设备包括各自的控制单元7、8、9、10。

控制单元7、8、9、10基本为已知类型，并且利用压力调整装置3、4、5、6的上游与下游之间的气体压力差而被气动致动。

每个控制单元7、8、9、10通过各自的驱动导管7a、8a、9a、10a与各自的调整装置3、4、5、6连接。

在以下的说明中，第一压力调整装置4和第二压力调整装置6的控制单元8、10也将被分别标示为第一控制单元8和第二控制单元10。

用于多个气体供应管线之间的流量均分的设备100包括存在于管线1和2上、与压力调整装置3、4、5、6的数量相等的多个控制单元7、8、9、10。

换言之，这意味着设备100不包括除了那些与各压力调整装置3、4、5、6相关的控制单元外的任何辅助控制单元。

基本上所有与气体分配相关的安全调节需要每个压力调整装置与相关的控制单元相关联，且该组件通常还要接受测试。

每个馈送管线1、2还包括各自的致动导管11、12，以驱动控制单元7、8、9、10。

在第一管线1上、于第一调整装置4的下游，有压力获取点13。

点13有利地与歧管14集成，设计成将测得的压力值(通常为P1)传递至各装置的多条管道15从该点13处延伸，从而形成管线1上的调整系统的一部分。

与上述参考第一管线1所描述的相似，在第二管线2上、于第二调整装置6的下游，也有压力获取点16。

点16有利地与歧管17集成，设计成将测得的压力值传递至各装置的多条管道18从该点16处延伸，从而形成管线2上的调整系统的一部分。

具体地，为了正确的运行，压力调整装置3、4、5、6和相关的控制单元7、8、9、10都需要以已知的方式接收代表第一调整装置4和第二调整装置6的下游压力值的信号。

传递该值的一种方式为：在调整装置4、6的下游，将每个上述调整装置和控制单元与对应管线上的气体直接连通。

如图1中所示，均分设备100包括气动导管19，用于将第一调整装置4的第一控制单元8与第二调整装置6连接，以确定在第二管线2中、第二调整装置6的下游，压力P1等于第一管线1中所调整的压力。

实践中，气动导管19将导管8a与导管10a连接，由于单元10的校准压力P2小于单元8的校准压力P1，所以有效地将控制单元10从对第二调整装置6的控制中排除。

换言之，通过气动连接导管19，第一调整装置4的控制单元8也控制第二调整装置6，从而有效地在设备100的下游均分沿两条管线1、2穿过的气体压力。

如图1中所示，均分设备100包括沿气动连接导管19定位的自动气动开关20。

气动开关20设计成中断第一控制单元8与用于调整第二管线2的压力的第二装置6之间的气动连接。

如图1中所示，设备100包括气动导管21，用于馈送该开关20。因而，开关20为气动操作的气动开关。

气动馈送导管21在第一调整装置4的下游、于通常受上述第一预定压力P1的影响的区域内与第一气体馈送管线1连接。

有利地，气动导管21与限定上述获取点13的歧管14连接。

有利地，气动开关20包括(未示出)膜和弹簧，该弹簧抵抗由作用在膜上的气体压力的作用所产生的力。

上述气动馈送导管21限定了设备100中的用于控制气动开关20的气动类型装置。

在图2中所示的变型实施例中，均分设备100包括电路22内的电致动的气动开关20e，作为上述开关20的替代物。

电路22包括沿主管线1定位的压力传感器23，用于测量主管线1中存在于第一调整装置4的下游的压力值，该值通常为由第一控制单元8所确定的压力P1。

压力传感器23将测得的压力值变换为电信号，该电信号通过电路22到达控制单元24，控制单元24操作被电致动的气动开关20e。更精确地，根据未具体示出的优选实施例，控制单元24控制包含在开关20e内且被弹簧对抗的电致动器，该弹簧在没有致动器的作用的情况下将倾向于关闭开关20e，即，中断连接导管19。

该情形与上述是等同的，即，中断第一控制单元8与用于调整第二管线2的压力的第二装置6之间的气动连接。

上述压力传感器23、电连接回路22和控制单元24以其整体限定了控制气动开关20e的电气装置。

在图3中所示的变型实施例中，均分设备100在三条管线1、2、2’上运行，用于馈送气体。

对于管线1和2的组件，应参考以上关于图1的说明。

管线2’也为与上述管线2类似的辅助管线。管线2’的对应且等同于已参考管线2标示的元件的组件用相同的附图标记来标记，其区别仅在于如上述2和2’的情形中的撇号。

在图3中所示的设备100中，管道19将第一调整装置4的控制单元8与第二调整装置6连接，并与第三管线2’的第三调整装置6’连接，以在第二管线2中第二调整装置6的下游和第三管线2’中第三调整装置6’的下游确定相同的、等于第一管线1中所调整的压力的压力P1。

在该情形下，气动导管19将导管8a与导管10a和导管10a’连接，由于单元10的校准压力P2和单元10'的校准压力P3都小于单元8的校准压力P1，从而有效地将控制单元10从对第二调整装置6的控制中排除，并将控制单元10’从对第三调整装置6’的控制中排除。

换言之，通过气动连接导管19，第一调整装置4的控制单元8也控制其它调整装置6、6’，从而在设备100的下游有效地均分沿各条管线1、2、2’穿过的气体压力。

在使用中，参考图1中所示的示意图，在正常运行期间，用于调整主管线1的压力的第一装置4的第一控制单元8还控制用于调整辅助管线2的压力的第二装置6。以此方式，管线1、2都以与第一控制单元8相同的校准压力P1向下游馈送气体。

如所提及的，这发生在均分设备100的正常运行下，其中，气体流量精确地在主管线1与辅助管线2之间相等地分配。

因而，校准至稍小于P1的压力Pv的自动气动开关20通常是工作的，即，打开的，从而允许第一控制单元8与第二装置6之间通过连接导管19的气动连接，以调整辅助管线2的压力。

在该正常运行状况下，与用于调整第二管线2的压力的第二装置6相关联的第二控制单元10是非工作的(但设计成当工作时，确定在第二调整装置6的下游，第二压力P2小于压力P1和气动开关的校准压力Pv)。

如果在主管线上有错误或故障，诸如在调整装置的下游确定压力下降至值P0，该值也显著小于第一控制单元8的校准值P1，立即也在气动开关20内建立压力P0。

简而言之，上述沿主管线1的压力的下降可能是由于下游使用者对气体的抽取所导致的，该下降得不到合适的馈送流量的支持；通常由于由错误所导致的阻塞而发生该情形。

由于气动开关20被校准至恰小于值P1的压力Pv，其立刻变为不工作(当其达到显著地小于P1的压力P0时)，从而中断用于第一控制单元8与用于调整辅助管线2的压力的第二装置6之间的连接的气动导管19。

该中断之后，第二控制单元10变得对于第二压力调整装置6为工作的，从而将小于P1和Pv的相关的校准压力施加在调整装置6上。

以此方式，随着第二调整装置6上的修正的命令，在第二管线2中产生新的压力P2，新的压力P2小于当两条管线都在运行时存在于用于馈送气体的管线1、2中的压力P1。

图2和3中所示的设备100的运行与上述参考图1所描述的不同。

对于图2中所示的实施例，根据由压力传感器23所测得的压力值，被电致动的气动开关20e由相应的控制单元24启动。

然而，在图3的实施例中，有两个气动开关20、20’，每个气动开关作用在连接导管19上，且由分别在获取点13和16处所测得的压力所控制。

开关20设计成在管线1中的压力降低的情形下中断连接导管19，而开关20'设计成在管线2中的压力降低的情形下中断连接导管19。

与上述对于将气动开关20校准至稍小于值P1的压力Pv类似的是，在气动开关20’的情形下，其被校准至稍小于值P2且在任何情形下大于P3的压力P’v。

以此方式，在管线1上的错误之后，第二控制单元10的校准压力P2在管线2上建立，且相同的压力在第三管线2’上产生，从而使第二控制单元10通过导管19的下部段也在第三调整装置6’上操作。

另一方面，当错误也发生在第二管线2上时，开关20'将中断导管19，且第二调整装置6’将由相应的控制单元10’调整，控制单元10’将在第三管线2’上施加相关的校准压力P3。

在图4中所示的变型实施例中，均分设备100包括气动导管R，该气动导管R用于将气动开关20与用于驱动主管线的备用压力调整装置3的导管7a连接，该气动导管R间设在控制单元7与备用压力调整装置3之间。

气动开关20因而由存在于导管7a内的压力所驱动，导管7a用于驱动备用压力调整装置3。

根据图1至3中示出的实施例，在主管线的完全故障之后，由存在于歧管14内的压力所驱动的气动开关20中断气动导管19，气动导管19用于第一控制单元8与第二压力调整装置6之间的连接，该故障基本在于管线本身的阻塞(封闭)内。

另一方面，在图4中的变型实施例中，当备用压力调整装置3介入时，气动开关20中断气动导管19。

换言之，在主管线1的装置4故障之后，气动开关20介入，故障诸如是引起主管线1的备用压力调整装置3的介入，但不一定是该管线1的气体的分配的阻塞。

通过致动上述运行，在其许多替代的实施例中，根据本发明的均分设备100带来重要的优点。

这些优点中的第一个是由于以下事实：用于调整各条管线的装置4、6、6'不需要除了那些通常已设置在每条馈送管线上的控制单元以外的控制单元来用于它们的控制。

另一优点为在主管线1上有错误的情况下，可保证剩余管线2、2’的充分且安全的运行，即使在稍微减少的压力下。

另一由根据本发明的用于压力均分的设备100所获得的优点为：可保持各条管线的原始的工作参数不变而不管它们的均分模式，工作参数是诸如已经呈现在管线1、2、2’上的原始控制单元的校准压力值P1、P2、P3。

特别是对于图1和3中所示的实施例，即具有气动运行的气动开关20、20的实施例，另一优点为它们的运行不需要除了由管线1、2、2’所承载的气体压力的能量之外的任何能量供应。

换言之，与已知类型的均分设备不同，根据本发明的设备在其采用气动运行的气动开关20、21的实施例中，为了其正确运行，不需要任何外部能量源(例如提供电磁阀)。

上述本发明易用于工业应用场合，且可以多种方式被修改和改动(诸如，在各高压管线之间的流量均分方面)，而不由此脱离本发明概念。此外，本发明的所有细节可被技术上等同的元件所替代。

Claims (10)

1.一种用于均分的设备，所述设备用于使流量在馈送气体的第一管线与馈送气体的第二管线之间均分，所述设备包括：

分别沿所述第一管线和所述第二管线定位的第一压力调整装置和第二压力调整装置，所述第一压力调整装置和所述第二压力调整装置与单个相应的第一控制单元和第二控制单元相关联，其中，所述第一控制单元被校准以在所述第一压力调整装置的下游沿所述第一管线确定第一预定压力，且所述第二压力调整装置的所述第二控制单元被设计成当运行时在所述第二压力调整装置的下游沿所述第二管线确定第二预定压力，所述第二预定压力小于所述第一预定压力；

气动连接导管，所述气动连接导管用于所述第一控制单元与用于调整所述第二管线的压力的所述第二压力调整装置之间的连接，以在所述第二管线中、于所述第二压力调整装置的下游确定等于所述第一预定压力的压力；以及

气动开关，所述气动开关沿所述气动连接导管定位，且设计成中断所述第一控制单元与用于调整第二管线的压力的所述第二压力调整装置之间的气动连接；

其中，控制单元的总数等于压力调整装置的总数。

2.根据权利要求1所述的用于均分的设备，其特征在于，所述气动开关被校准成保持常开，用于使在用于调整所述压力的所述第一压力调整装置的下游、在所述第一管线内的压力值大于或等于所述第一预定压力与所述第二预定压力之间的压力。

3.根据权利要求1所述的用于均分的设备，其特征在于，还包括用于控制所述气动开关的控制器，对所述气动开关操作的所述控制器用于启动所述气动开关的关闭，所述关闭确定所述气动连接导管的中断。

4.根据权利要求3所述的用于均分的设备，其特征在于，所述控制器为气动类型，且包括用于馈送所述气动开关的气动馈送导管，所述气动馈送导管在所述第一压力调整装置的下游、在通常受到所述第一预定压力处与用于馈送气体的所述第一管线连接。

5.根据权利要求4所述的用于均分的设备，其特征在于，所述气动开关包括膜和弹簧，所述弹簧抵抗由作用在所述膜上的气体压力的作用所产生的力。

6.根据权利要求3所述的用于均分的设备，其特征在于，所述控制器为电类型，且包括沿用于馈送气体的所述第一管线、在所述压力调整装置的下游定位的、通常受到所述第一预定压力的压力传感器、定位在所述气动开关内部的电致动器以及使所述传感器与所述电致动器连接的电路，所述电路包括控制单元，以当所述传感器检测到所述第一管线上的压力值小于预定压力时，启动所述电致动器并关闭所述气动开关。

7.一种用于均分的方法，所述方法用于使气体流量在压力调整系统中的第一馈送管线与第二馈送管线之间均分，所述第一馈送管线具有第一压力调整装置，所述第二馈送管线具有第二压力调整装置，所述压力调整系统具有用于调整压力的第一压力调整装置和第二压力调整装置，所述方法包括：

对于每个压力调整装置准备单个控制单元，以使得控制单元的总数等于压力调整的总数；

通过使用所述第一压力调整装置将所述第一馈送管线的压力调整至第一预定压力，所述第一压力调整装置用于调整由第一控制单元所控制的压力；

准备气动连接导管，用于所述第一控制单元与用于调整所述第二馈送管线的压力的所述第二压力调整装置之间的连接；

通过使用用于调整由所述第一控制单元所控制的压力的所述第二压力调整装置，将所述第二馈送管线的压力调整至所述第一预定压力；

沿所述气动连接导管准备气动开关，所述气动开关设计成在预定条件下中断所述第一控制单元与用于调整所述第二馈送管线的压力的所述第二压力调整装置之间的连接。

8.根据权利要求7所述的用于均分的方法，其特征在于，还包括：致动所述气动开关，以中断所述第一控制单元与用于调整所述第二馈送管线的压力的所述第二压力调整装置之间的连接；致动所述气动开关的步骤在所述第一馈送管线内的压力下降至小于所述第一预定压力的值时启动。

9.一种用于均分的设备，所述设备用于使流量在馈送气体的第一管线与馈送气体的第二管线之间均分，所述设备包括：

分别沿所述第一管线和所述第二管线定位的第一压力调整装置和第二压力调整装置，所述第一压力调整装置和所述第二压力调整装置与相应的第一控制单元和第二控制单元相关联，其中，所述第一控制单元被校准以在所述第一压力调整装置的下游沿所述第一管线确定第一预定压力，且所述第二压力调整装置的所述第二控制单元被设计成当运行时在所述第二压力调整装置的下游沿所述第二管线确定第二预定压力，所述第二预定压力小于所述第一预定压力；

气动连接导管，所述气动连接导管用于所述第一控制单元与用于调整所述第二管线的压力的所述第二压力调整装置之间的连接，以在所述第二管线中、于所述第二压力调整装置的下游确定等于所述第一预定压力的压力；

气动开关，所述气动开关沿所述气动连接导管定位，且设计成中断所述第一控制单元与用于调整第二管线的压力的所述第二压力调整装置之间的气动连接；以及

用于控制所述气动开关的控制器，对所述气动开关操作的所述控制器用于启动所述气动开关的关闭，所述关闭确定所述气动连接导管的中断，其中，所述控制器为电类型，且包括沿用于馈送气体的所述第一管线、在所述压力调整装置的下游定位的、通常受到所述第一预定压力的压力传感器、定位在所述气动开关内部的电致动器以及使所述传感器与所述电致动器连接的电路，所述电路包括控制单元，以当所述传感器检测到所述第一管线上的压力值小于预定压力时，启动所述电致动器并关闭所述气动开关。

10.一种用于均分的方法，所述方法用于使气体流量在压力调整系统中的第一馈送管线与第二馈送管线之间均分，所述第一馈送管线具有第一压力调整装置，所述第二馈送管线具有第二压力调整装置，所述压力调整系统具有用于调整压力的第一压力调整装置和第二压力调整装置，所述方法包括：

对于每个压力调整装置准备控制单元，以使得控制单元的总数等于压力调整的总数；

通过使用所述第一压力调整装置将所述第一馈送管线的压力调整至第一预定压力，所述第一压力调整装置用于调整由第一控制单元所控制的压力；

准备气动连接导管，用于所述第一控制单元与用于调整所述第二馈送管线的压力的所述第二压力调整装置之间的连接；

通过使用用于调整由所述第一控制单元所控制的压力的所述第二压力调整装置，将所述第二馈送管线的压力调整至所述第一预定压力；

沿所述气动连接导管准备气动开关，所述气动开关设计成在预定条件下中断所述第一控制单元与用于调整所述第二馈送管线的压力的所述第二压力调整装置之间的连接；以及

致动所述气动开关，以中断所述第一控制单元与用于调整所述第二馈送管线的压力的所述压力调整装置之间的连接；致动所述气动开关的步骤在所述第一馈送管线内的压力下降至小于所述第一预定压力的值时启动。