RU2036507C1

RU2036507C1 - Gas pressure regulator in pipe-line

Info

Publication number: RU2036507C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Саяпин; И.А. Марочкина
Original assignee: Московский авиационный институт; Саяпин Вадим Васильевич; Марочкина Ирина Александровна
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: gas pressure regulators. SUBSTANCE: jet engine is used as engine regulating position of actuating tool. Jet engine is controlled by servovalves which are controlled in turn by other valves, which are brought in motion by lever-spring mechanism depending on gas pressure behind the actuating tool. The pressure is detected continuously by gas pressure transducer. EFFECT: improved reliability; improved explosion safety. 1 dwg

Description

Изобретение относится к регуляторам давления газа в трубопроводе, действующим без вспомогательных источников давления. The invention relates to gas pressure regulators in a pipeline operating without auxiliary pressure sources.

Известны регуляторы давления жидкости или газа в трубопроводе, исполнительный орган в которых (например, дросселирующий элемент) регулируется приводом, включающим двигатель, обычно электрический, управляемый автоматически в зависимости от изменения давления до или после исполнительного органа (регулятор непрерывного действия) [1] В таком регуляторе возможно осуществить любой режим регулирования положения исполнительного органа. Known regulators of pressure of a liquid or gas in a pipeline, the actuator in which (for example, a throttling element) is controlled by a drive that includes an engine, usually an electric one, automatically controlled depending on pressure changes before or after the actuator (continuous controller) [1] In such It is possible for the regulator to carry out any mode of regulating the position of the executive body.

Однако использование такого регулятора, имеющего электродвигатель и элементы электрооборудования, исключено во взрывоопасных средах. However, the use of such a regulator having an electric motor and elements of electrical equipment is excluded in explosive atmospheres.

В таких ситуациях предпочтительнее использование регуляторов прямого действия [2] в которых отсутствует источник вспомогательной энергии и для перемещения исполнительного органа используется энергия рабочего тела. Непрерывное протекание рабочего тела, особенно влажного и загрязненного, через элементы регулятора приводит к их загрязнению, коррозии, замерзанию и тем самым к снижению надежности регулятора. In such situations, it is preferable to use direct-acting controllers [2] in which there is no auxiliary energy source and the energy of the working fluid is used to move the executive body. The continuous flow of the working fluid, especially wet and contaminated, through the elements of the regulator leads to their pollution, corrosion, freezing, and thereby reduce the reliability of the regulator.

Наиболее близким к предложенному техническому решению можно считать регулятор с приводом к исполнительному органу, содержащий двигатель и систему управления, связанную с чувствительным элементом, расположенным после исполнительного органа [1, фиг.8б]
Стремление приспособить такой регулятор к работе во взрывоопасных средах приводит к использованию в качестве привода к исполнительному органу механизма или двигателя, управляемого самим телом. А при этом неизбежно постоянное перетекание рабочего тела по элементам системы, что приводит к появлению всех недостатков, присущих регуляторам прямого действия.The closest to the proposed technical solution can be considered a regulator with a drive to the executive body, containing the engine and control system associated with the sensing element located after the executive body [1, figb]
The desire to adapt such a regulator to work in explosive atmospheres leads to the use of a mechanism or engine controlled by the body itself as a drive to the actuator. And at the same time, the constant flow of the working fluid through the elements of the system is inevitable, which leads to the appearance of all the shortcomings inherent in direct-acting regulators.

Цель изобретения повышение надежности работы регулятора в условиях взрывоопасных сред при влажном и загрязненном рабочем теле. The purpose of the invention is to increase the reliability of the controller in explosive atmospheres with a wet and contaminated working fluid.

Цель достигается за счет того, что в регуляторе давления газа в трубопроводе, содержащем дросселирующий элемент в качестве исполнительного органа, соединенного с двигателем, подключенным к системе управления им, вход которой подключен к датчику давления, размещенному после исполнительного органа, в качестве двигателя использован струйный двигатель, а система управления двигателем содержит управляемые сервоклапаны, подключенные к каналам управления струйного двигателя и, соответственно, клапаны управления сервоклапанами, а также рычажно-пружинный механизм управления клапанами, управляющими сервоклапанами, связанный со штоком поршня датчика давления; при этом рычажно-пружинный механизм управления включает первый рычаг, закрепленный одним концом на оси и связанный с поршнем датчика давления, на рычаге размещен первый движок, контактирующий с вторым рычагом, один конец которого закреплен на оси, а другой, выполненный в виде тела вращения, входит в паз второго движка, конец которого в статическом состоянии размещен между первыми выступами соответственно на двух симметрично размещенных третьем и четвертом рычагах, один конец каждого из которых закреплен на оси, а другой подпружинен, движок снабжен пружиной, закрепленной на основании, механизм включает также симметрично расположенные относительно оси пружины движка пятый и шестой фигурные рычаги, два верхних выступа которых в статическом состоянии контактируют соответственно со вторыми выступами на третьем и четвертом рычагах, вторые концы пятого и шестого рычагов закреплены на осях и в крайних положениях контактируют с вторым толкателем, два симметрично расположенных конца которого связаны с телами клапанов, управляющих сервоклапанами; входы сервоклапанов подключены к трубопроводу до исполнительного органа, а выходы к каналам управления струйным двигателем. The goal is achieved due to the fact that in the gas pressure regulator in the pipeline containing a throttle element as an actuator connected to an engine connected to its control system, the input of which is connected to a pressure sensor located after the actuator, a jet engine is used as an engine and the engine control system contains controlled servo valves connected to the control channels of the jet engine and, accordingly, servo valve control valves, as well as a lever zhno-valve control spring mechanism, controlling servo valves associated with the piston rod pressure sensor; wherein the lever-spring control mechanism includes a first lever fixed at one end to the axis and connected to the piston of the pressure sensor, the first engine is placed on the lever in contact with the second lever, one end of which is fixed on the axis, and the other, made in the form of a body of revolution, enters the groove of the second engine, the end of which in a static state is placed between the first protrusions on two symmetrically placed third and fourth levers, one end of each of which is fixed on the axis and the other is spring-loaded, the movement to is equipped with a spring fixed to the base, the mechanism also includes fifth and sixth shaped arms, symmetrically located relative to the axis of the engine spring, the two upper protrusions of which in a static state are in contact with the second protrusions on the third and fourth levers, the second ends of the fifth and sixth levers are fixed on the axes and in extreme positions contact with the second pusher, two symmetrically located ends of which are connected with the bodies of the valves that control the servo valves; the servo valve inputs are connected to the pipeline to the executive body, and the outputs to the control channels of the jet engine.

Такое выполнение регулятора обеспечивает ему при непрерывной работе датчика давления импульсный режим работы системы управления, что уменьшает влияние на ее работу загрязнения элементов рабочим телом. Кроме того, использование вместо электродвигателя струйного двигателя обеспечивает системе полную взрывобезопасность. This embodiment of the controller provides him with continuous operation of the pressure sensor, the pulse mode of operation of the control system, which reduces the effect on its work of contamination of the elements of the working fluid. In addition, the use of a jet engine instead of an electric motor provides the system with complete explosion safety.

Авторам неизвестно использование указанной совокупности отличительных признаков в других технических решениях. The authors are not aware of the use of this combination of distinctive features in other technical solutions.

Принципиальная схема возможного варианта выполнения регулятора давления согласно изобретению изображена на чертеже. A schematic diagram of a possible embodiment of a pressure regulator according to the invention is shown in the drawing.

Регулятор содержит чувствительный элемент, выполненный в виде поршня 1, размещенного в цилиндре 2, полость которого сообщается магистралью с трубопроводом после исполнительного устройства регулятора. Поршень 1 механически связан с рычагом 3, снабженным первым движком 4, упирающимся в рычаг 5, закрепленный на оси 6. Конец рычага 5, выполненный, например, в виде круглой или цилиндрической головки, входит в паз второго движка 7, закрепленного на оси 8, конец которого в статическом состоянии размещается между двумя первыми выступами 9 и 10 соответственно на двух симметрично размещенных рычагах 11 и 12. Движок 7 снабжен пружиной 13, закрепленной на основании. Регулятор снабжен двумя симметрично размещенными относительно оси пружины 13 рычагами 14 и 15, закрепленными одними концами на шарнирах 16 и имеющими выступающие упоры на других концах, которые в статическом состоянии контактируют соответственно с двумя другими выступами 17 и 18 на рычагах 11 и 12. Концы рычагов 11 и 12 подпружинены пружинами 19 и 20. Первые концы рычагов 14 и 15 снабжены выступами, соединенными с толкателями 21 и 21'. Каждый из толкателей 21 (21') выполнен в виде скобы, жестко связанной со штоком соответствующего запирающего элемента управляющего клапана 22 (или 23). Управляющий клапан 22 (23) содержит пружину 24, запирающий элемент 25 клапана и два седла, нижнее 26 и верхнее 27. Управляющие клапаны 22 (23) связаны с сервоклапанами 28 и 29, в каждом из которых поршень 30 подпружинен пружиной 31. Полость 32 сервоклапана 28 (29) через седло 27 клапана управления 22 (23) соединяется с атмосферой, а через седло 26 с магистралью питания. Полость 33 сервоклапана 28 (29) соединяется с магистралью питания. Запирающий элемент 34 открывает или закрывает проходное сечение сервоклапана. The regulator contains a sensing element made in the form of a piston 1, placed in the cylinder 2, the cavity of which communicates with the pipeline main after the actuator of the regulator. The piston 1 is mechanically connected to the lever 3, provided with a first engine 4, abutting the lever 5, mounted on the axis 6. The end of the lever 5, made, for example, in the form of a round or cylindrical head, enters the groove of the second engine 7, mounted on the axis 8, the end of which in a static state is located between the two first protrusions 9 and 10, respectively, on two symmetrically placed levers 11 and 12. The engine 7 is equipped with a spring 13 mounted on the base. The controller is equipped with two levers 14 and 15 symmetrically placed relative to the axis of the spring 13, fixed at one end by hinges 16 and having protruding stops at the other ends, which in a static state are in contact with two other protrusions 17 and 18 on the levers 11 and 12. The ends of the levers 11 and 12 are spring-loaded by springs 19 and 20. The first ends of the levers 14 and 15 are provided with protrusions connected to the pushers 21 and 21 '. Each of the pushers 21 (21 ') is made in the form of a bracket rigidly connected to the rod of the corresponding locking element of the control valve 22 (or 23). The control valve 22 (23) contains a spring 24, a locking element 25 of the valve and two seats, the lower 26 and the upper 27. The control valves 22 (23) are connected to the servo valves 28 and 29, in each of which the piston 30 is spring-loaded by the spring 31. The cavity 32 of the servo valve 28 (29) through the seat 27 of the control valve 22 (23) is connected to the atmosphere, and through the seat 26 with the power line. The cavity 33 of the servo valve 28 (29) is connected to the power line. The locking element 34 opens or closes the orifice of the servo valve.

Сервоклапаны 28 (29) подключены через полость 35 к каналам управления струйного двигателя 36, управляющего через механическую передачу (редуктор) 37 положением дросселирующего органа 38 в газовом трубопроводе. Servo valves 28 (29) are connected through the cavity 35 to the control channels of the jet engine 36, which controls through the mechanical transmission (gear) 37 the position of the throttle body 38 in the gas pipeline.

Выходной вал двигателя 36 связан также через редуктор 37 с винтом 39, который через гайку 40 воздействует на пружину 41 обратной связи, служащую для возвращения рычага 5 в исходное положение. Винт 42 служит для изменения диапазона регулирования давления Р_рег путем перемещения движка 4 и изменения тем самым передаточного числа рычажного механизма.The output shaft of the motor 36 is also connected through a gearbox 37 to a screw 39, which through the nut 40 acts on the feedback spring 41, which serves to return the lever 5 to its original position. The screw 42 serves to change the pressure control range P _reg by moving the slider 4 and thereby changing the gear ratio of the linkage.

Регулятор работает следующим образом. The regulator operates as follows.

При заданном давлении Р_рег элементы системы находятся в заданном положении.At a given pressure P _{reg the} elements of the system are in a predetermined position.

При увеличении давления Р_рег поршень 1 цилиндра 2 движется вниз и через рычаг 3 и движок 4 поворачивает рычаг 5 по часовой стрелке относительно оси 6. При этом сжимается пружина 41.When the pressure P _reg increases, the piston 1 of the cylinder 2 moves down and through the lever 3 and the engine 4 rotates the lever 5 clockwise relative to the axis 6. In this case, the spring 41 is compressed.

Конец рычага 5 поворачивает движок 7 вокруг оси 8 от среднего положения, в котором последний удерживается двумя выступами 9 и 10 рычагов 11 и 12. При некотором повороте движка 7 против часовой стрелки последний поднимает рычаг 11 за счет выступа 9 и далее под действием пружины 13 скачком поворачивается в том же направлении и воздействует на рычаг 14, который при этом поворачивается против часовой стрелки. The end of the lever 5 rotates the slider 7 around the axis 8 from the middle position, in which the latter is held by two protrusions 9 and 10 of the levers 11 and 12. With some rotation of the slider 7 counterclockwise, the latter raises the lever 11 due to the protrusion 9 and then under the action of the spring 13 rotates in the same direction and acts on the lever 14, which at the same time rotates counterclockwise.

Верхним выступом рычаг 14 заходит за выступ 17 рычага 11 и, отжимая пружину 19, удерживается в этом положении после возвращения рычага 11 в исходное положение. The upper protrusion of the lever 14 extends beyond the protrusion 17 of the lever 11 and, pressing the spring 19, is held in this position after the return of the lever 11 to its original position.

Нижним концом рычаг 14 перемещает вверх толкатель 21 управляющего клапана 22, сжимая пружину 24 и освобождая ход запирающего элемента 25 клапана. The lower end of the lever 14 moves up the pusher 21 of the control valve 22, compressing the spring 24 and freeing the stroke of the locking element 25 of the valve.

Запирающий элемент 25 под действием давления Р_п отходит от нижнего седла 26 и садится на верхнее седло 27. Газ под давлением Р_п поступает в полость 32 сервоклапана 28. Под действием давления Р_п поршень 30 сервоклапана перемещается и, сжимая пружину 31, открывает проход сжатого газа в один из каналов (ротор) струйного двигателя 36, который начинает вращаться. Вращение ротора через редуктор 37 передается на регулирующий орган 38 газозапорного устройства. Одновременно вращение ротора передается на винт 39, который, вращаясь, перемещает вверх гайку 40, которая сжимает пружину 41. При этом сила воздействия пружины на рычаг 5 возрастает и последний, преодолевая усилие, создаваемое давлением на поршень 1 регулятора давления на рычаг 5, через движок 4 поворачивает рычаг 5 против часовой стрелки.The locking element 25 under the influence of pressure P _p departs from the lower seat 26 and sits on the upper saddle 27. Gas under pressure P _p enters the cavity 32 of the servo valve 28. Under the action of pressure P _{p, the} piston 30 of the servo valve moves and, compressing the spring 31, opens the passage of the compressed gas into one of the channels (rotor) of the jet engine 36, which begins to rotate. The rotation of the rotor through the gearbox 37 is transmitted to the regulatory body 38 of the gas shut-off device. Simultaneously, the rotation of the rotor is transmitted to the screw 39, which, rotating, moves up the nut 40, which compresses the spring 41. In this case, the force of the spring on the lever 5 increases and the latter, overcoming the force created by the pressure on the piston 1 of the pressure regulator on the lever 5, through the engine 4 turns lever 5 counterclockwise.

При этом рычаг 5 поворачивает движок 7 по часовой стрелке. Движок 7 верхним концом нажимает на выступ 9 рычага 11. В результате рычаг 11 поднимается и выступ 17 освобождает верхнюю часть рычага 14, который под действием пружины 24 через толкатель 21 возвращается в исходное положение. In this case, the lever 5 rotates the engine 7 clockwise. The engine 7 with its upper end presses the protrusion 9 of the lever 11. As a result, the lever 11 rises and the protrusion 17 releases the upper part of the lever 14, which, under the action of the spring 24, returns to its original position through the pusher 21.

При этом под действием пружины 24 закрывающий элемент 25 клапана управления возвращается на седло 26. В результате полость 32 сервоклапана 28 через седло 27 соединяется с атмосферой, давление в ней падает и под действием давления Р_п и пружины 31 запирающий элемент 34 клапана 28 перекрывает проходное сечение сервоклапана. Подача газа в канал двигателя прекращается и привод останавливается при новом положении регулирующего органа 38.In this case, under the action of the spring 24, the closing element 25 of the control valve returns to the seat 26. As a result, the cavity 32 of the servo valve 28 is connected to the atmosphere through the seat 27, the pressure drops and under the influence of pressure P _p and the spring 31, the locking element 34 of the valve 28 blocks the passage servo valve. The gas supply to the engine channel stops and the drive stops when the new position of the regulatory body 38.

Если давление Р_рег продолжает возрастать, происходит повторный цикл, регулирующий орган 38 поворачивается на большой угол, уменьшая дополнительно проход газа в трубопроводе.If the pressure P _reg continues to increase, a repeated cycle occurs, the regulating body 38 is rotated by a large angle, further reducing the passage of gas in the pipeline.

При уменьшении давления Р_рег поршень 1 цилиндра 2 движется вверх и через рычаг 3 и движок 4 поворачивает рычаг 5 против часовой стрелки относительно оси 6.When the pressure P _reg decreases, the piston 1 of the cylinder 2 moves up and through the lever 3 and the engine 4 rotates the lever 5 counterclockwise relative to the axis 6.

Конец рычага 5 поворачивает движок 7 вокруг оси 8 от среднего положения. При некотором повороте движка 7 по часовой стрелке последний поднимает рычаг 12 за счет выступа 10 и далее под действием пружины 13 скачком поворачивается в том же направлении и воздействует на рычаг 15, который при этом поворачивается по часовой стрелке. The end of the lever 5 rotates the slider 7 around the axis 8 from the middle position. With some rotation of the engine 7 in a clockwise direction, the latter raises the lever 12 due to the protrusion 10 and then under the action of the spring 13 abruptly turns in the same direction and acts on the lever 15, which at the same time rotates clockwise.

Верхним выступом рычаг 15 заходит за выступ 18 рычага 12 и, отжимая пружину 20, удерживается в этом положении после возвращения рычага 12 в исходное положение. The upper protrusion of the lever 15 extends beyond the protrusion 18 of the lever 12 and, pressing the spring 20, is held in this position after the return of the lever 12 to its original position.

Нижним концом рычаг 15 перемещает вверх толкатель 21' управляющего клапана 23, сжимая пружину и освобождая ход запирающего элемента клапана 23. Запирающий элемент под действием давления Р_п отходит от нижнего седла и садится на верхнее седло. Газ под давлением Р_п поступает в полость сервоклапана 29. Под действием давления Р_п поршень сервоклапана перемещается и, сжимая пружину, открывает проход сжатого газа в другой канал струйного двигателя 36, который начинает вращаться в другую сторону. Вращение ротора через редуктор 37 передается на регулирующий орган 38 газозапорного устройства и одновременно на винт 39, который, вращаясь, перемещает гайку 40 вниз и, воздействуя на пружину 41 обратной связи, возвращает рычаг 5 в исходное положение. Рычаг 5 поворачивает движок 7 против часовой стрелки. Движок 7 верхним концом нажимает на выступ 10 рычага 12, в результате чего рычаг 12 поднимается и выступ 18 освобождает верхнюю часть рычага 15, который под действием пружины и толкателя 21' управляющего клапана 23 возвращается в исходное положение. При этом в исходное положение (т.е. на нижнее седло) возвращается закрывающий элемент клапана управления 23. В результате соответствующая полость сервоклапана 29 соединяется с атмосферой, и за счет перепада давления, действующего на поршень сервоклапана 29, запирающий элемент сервоклапана 29 перекрывает проходное сечение. Подача газа в канал двигателя прекращается, и привод останавливается при новом положении регулирующего органа.The lower end of the lever 15 moves up the pusher 21 'of the control valve 23, compressing the spring and freeing the stroke of the locking element of the valve 23. The locking element under the action of pressure P _p moves away from the lower seat and sits on the upper seat. Gas under pressure P _p enters the cavity of the servo valve 29. Under the action of pressure P _{p, the} piston of the servo valve moves and, compressing the spring, opens the passage of compressed gas to another channel of the jet engine 36, which starts to rotate in the other direction. The rotation of the rotor through the gearbox 37 is transmitted to the regulator 38 of the gas shutoff device and simultaneously to the screw 39, which, rotating, moves the nut 40 down and, acting on the feedback spring 41, returns the lever 5 to its original position. The lever 5 rotates the engine 7 counterclockwise. The engine 7 with its upper end presses the protrusion 10 of the lever 12, as a result of which the lever 12 rises and the protrusion 18 releases the upper part of the lever 15, which, under the action of the spring and the pusher 21 'of the control valve 23, returns to its original position. At the same time, the closing element of the control valve 23 returns to its original position (i.e., to the lower seat). As a result, the corresponding cavity of the servo valve 29 is connected to the atmosphere, and due to the pressure difference acting on the piston of the servo valve 29, the locking element of the servo valve 29 blocks the passage . Gas supply to the engine channel is stopped, and the drive stops when the regulator is in a new position.

Винт 42 служит для изменения диапазона регулирования давления Р_рег путем перемещения движка 4 и изменения тем самым передаточного числа рычажного механизма.The screw 42 serves to change the pressure control range P _reg by moving the slider 4 and thereby changing the gear ratio of the linkage.

Рычажно-пружинный механизм сконструирован таким образом, чтобы обеспечивать импульсный режим работы элементов системы при непрерывной работе чувствительного элемента. Это существенно уменьшает загрязнение регулятора при работе на загрязненном и влажном рабочем теле. Использование струйного двигателя создает условие безопасной работы во взрывоопасной среде. Таким образом, данный регулятор сочетает в себе положительные качества регуляторов прямого и непрямого действия. The lever-spring mechanism is designed in such a way as to provide a pulsed mode of operation of the system elements during continuous operation of the sensing element. This significantly reduces the contamination of the regulator when working on a contaminated and wet working fluid. The use of a jet engine creates the condition for safe operation in an explosive atmosphere. Thus, this regulator combines the positive qualities of direct and indirect action regulators.

Все эти свойства предлагаемого устройства создают ему преимущества при использовании в промышленных газопроводах, работающих на неочищенном газе. All these properties of the proposed device create advantages for it when used in industrial gas pipelines operating on raw gas.

Claims

GAS PRESSURE REGULATOR IN A PIPELINE containing an actuator made in the form of a throttling element installed in the pipeline connected to an engine connected to the output of the engine control system, the input of which is connected to a pressure sensor, characterized in that the engine uses a jet engine, a pressure sensor made in the form of a cylinder with a piston and a rod, the rod cavity of which is connected to the pipeline behind the throttle element, and the engine control system includes valve valves, the outputs of which are connected to the corresponding control channels of the jet engine, and the control inputs, respectively, to the outputs of the control valves of servo valves, and the controller includes a lever-spring mechanism for controlling control valves, equipped with a first lever fixed to one end on an axis and connected to the piston rod of the sensor pressure, installed on the first lever by the first engine in contact with the second lever, one end of which is fixed on the axis, and the other, made in the form of a body of revolution, is located lies in the groove of the second engine, the end of which in a static state is placed between the first protrusions respectively on two symmetrically placed third and fourth levers, one end of each of which is fixed on the axis and the other is spring-loaded, the second engine is equipped with a spring fixed on the base, lever-spring the mechanism also contains first and second curly levers symmetrically located relative to the spring axis of the second engine, each of which has a protrusion at one end that is in static contact with the corresponding with the second protrusion on the third and fourth levers, the second ends of the first and second curly levers are fixed on the axles and are located with the possibility of contact in extreme positions with the pushers associated with the bodies of the control valves of the servo valves, and the inputs of the control valves and servo valves are connected to the pipeline to the throttling element, in addition, the regulator is equipped with a feedback spring, which is connected at one end to the second lever of the lever-spring mechanism, and at the other end, through a nut, screw and mechanically and the motor shaft.