RU2289155C2 - Actuating device for controlling flows of liquid substances in pipelines - Google Patents

Actuating device for controlling flows of liquid substances in pipelines Download PDF

Info

Publication number
RU2289155C2
RU2289155C2 RU2004133462/28A RU2004133462A RU2289155C2 RU 2289155 C2 RU2289155 C2 RU 2289155C2 RU 2004133462/28 A RU2004133462/28 A RU 2004133462/28A RU 2004133462 A RU2004133462 A RU 2004133462A RU 2289155 C2 RU2289155 C2 RU 2289155C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
pipeline
output
electric
inputs
Prior art date
Application number
RU2004133462/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004133462A (en
Inventor
сов Леонид Владимирович Ил (RU)
Леонид Владимирович Илясов
Михаил Борисович Коновалов (RU)
Михаил Борисович Коновалов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"
Priority to RU2004133462/28A priority Critical patent/RU2289155C2/en
Publication of RU2004133462A publication Critical patent/RU2004133462A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2289155C2 publication Critical patent/RU2289155C2/en

Links

Abstract

FIELD: engineering of devices for controlling technological processes.
SUBSTANCE: device for controlling flow contains device for generating additional information about flow of liquid substance, connected to one of inputs of electric positioning device, another input of which is connected to source of analog electric signal. Output of positioning device is connected to servo-motor, connected by its rod to adjusting tool, mounting on pipeline. Device for generating additional information about flow contains piezo-metric averaging pipe with outputs for tapping full and static pressures, mounted in pipeline in front of adjusting tool alongside the flow of liquid substance, and pressure difference indicator with electric analog output signal, connected by its inputs to outputs of piezo-metric pipe. Output of pressure difference indicator is connected to input of square-rooting device.
EFFECT: invention is invariant to alterations of flow mode, provides increased precision of generation of additional information about flow, requires no prior calibration of adjusting tool.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области средств управления технологическими процессами, а именно к исполнительным устройствам с аналоговым электрическим входным сигналом для систем автоматического управления.The invention relates to the field of process control, and in particular to actuators with an analog electric input signal for automatic control systems.

Известно исполнительное устройство для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах (Шегал Г.Л. Электрические исполнительные механизмы. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961, с.12), содержащее электромагнитный двигатель (соленоид), соединенный штоком с регулирующим органом, установленным на трубопроводе. В процессе управления электромагнитный двигатель посредством штока перемещает регулирующий орган пропорционально аналоговому электрическому входному сигналу.Known actuator for regulating fluid flows in pipelines (Shegal GL Electrical actuators. M.-L .: Gosenergoizdat, 1961, p.12), containing an electromagnetic motor (solenoid) connected by a rod to a regulatory body mounted on the pipeline. In the process of control, the electromagnetic motor by means of the rod moves the regulator in proportion to the analogue electrical input signal.

Недостатком этого исполнительного устройства является большая потребляемая электрическая мощность и возможность применения только на трубопроводах малого диаметра (до 30 мм).The disadvantage of this actuator is the large consumed electrical power and the possibility of use only on pipelines of small diameter (up to 30 mm).

Наиболее близким по технической сущности является исполнительное устройство для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах (патент WO 03/062938 A1, G 05 D 7/06, 31.07.2003), содержащее электрический серводвигатель, соединенный штоком с регулирующим органом, установленным на трубопроводе, электрический позиционер с двумя входами, один из которых подключен к источнику аналогового электрического сигнала, а выход позиционера подключен к серводвигателю, и устройство формирования измерительной информации о расходе жидкой среды, протекающей через трубопровод, включающее в себя электрическое устройство извлечения квадратного корня.The closest in technical essence is the actuator for regulating the flow of liquid media in pipelines (patent WO 03/062938 A1, G 05 D 7/06, 07/31/2003), containing an electric servomotor connected by a rod to a regulatory body mounted on the pipeline, electric a positioner with two inputs, one of which is connected to an analog electrical signal source, and the positioner output is connected to a servomotor, and a device for generating measurement information about the flow rate of a liquid medium flowing through t uboprovod including an electric apparatus of the square root extraction.

В процессе работы электрический позиционер сравнивает значение сигнала, поступающего от источника аналогового электрического сигнала, со значением сигнала, поступающего от устройства формирования измерительной информации о расходе жидкой среды, протекающей через трубопровод, и вырабатывает соответствующий выходной сигнал, под действием которого серводвигатель перемещает шток и изменяет расход жидкой среды до тех пор, пока разность сигналов на входах позиционера не станет равной нулю.During operation, the electric positioner compares the value of the signal from the source of the analog electric signal with the value of the signal from the device for generating measurement information about the flow rate of the liquid flowing through the pipeline, and generates a corresponding output signal, under the action of which the servomotor moves the rod and changes the flow rate liquid medium until the signal difference at the inputs of the positioner becomes equal to zero.

Для формирования измерительной информации о расходе жидкой среды используются: датчик давления, подключенный к трубопроводу до регулирующего органа по потоку среды, датчик давления после регулирующего органа и датчик перемещения штока, соединяющего серводвигатель с регулирующим органом. Кроме этого, для формирования сигнала измерительной информации о расходе жидкой среды в названное устройство вводиться информация о зависимости размерного коэффициента клапана (произведение площади поперечного сечения клапана на коэффициент расхода) от положения штока регулирующего органа, полученной предварительно экспериментальным путем.To generate measurement information on the flow rate of a liquid medium, the following sensors are used: a pressure sensor connected to the pipeline to the regulator in the medium flow, a pressure sensor after the regulator and a rod displacement sensor connecting the servomotor to the regulator. In addition, in order to generate a signal for measuring information on the flow rate of the liquid medium, information on the dependence of the valve dimension coefficient (the product of the valve cross-sectional area on the flow coefficient) and the position of the regulator stem obtained previously experimentally is introduced into the said device.

Недостатком данного исполнительного устройства является низкая точность формирования измерительной информации о расходе жидкой среды, определяемая тем, что в данном случае не учитывается режим течения среды (ламинарный, турбулентный или переходный), который может изменятся в процессе работы исполнительного устройства при изменении степени закрытия регулирующего органа. Кроме этого, использование двух датчиков давления и последующее вычисление разности их сигналов может вызывать очень высокую погрешность определения этой разности, так как разность давления может быть мала (разность близких величин) при различной степени закрытия регулирующего органа. Существенным недостатком такого исполнительного устройства является необходимость предварительного экспериментального определения для каждого регулирующего органа зависимости между размерным коэффициентом и положением штока регулирующего органа, т.е. необходимость проведения калибровки регулирующего органа, что связано с большими материальными и трудовыми затратами, особенно для исполнительных устройств большого диаметра. Другим недостатком такого исполнительного устройства является загрязнение регулирующего органа в процессе эксплуатации, которое изменяет зависимость между размерным коэффициентом и положением штока регулирующего органа, что является причиной изменения расходной характеристики последнего.The disadvantage of this actuator is the low accuracy of generating measurement information about the flow rate of the liquid medium, which is determined by the fact that in this case the flow regime of the medium (laminar, turbulent or transitional), which can change during the operation of the actuator when the degree of closure of the regulatory body is not taken into account, is taken into account. In addition, the use of two pressure sensors and the subsequent calculation of the difference of their signals can cause a very high error in determining this difference, since the pressure difference can be small (the difference of close values) for different degrees of closure of the regulatory body. A significant drawback of such an actuator is the need for a preliminary experimental determination for each regulatory body of the relationship between the dimensional coefficient and the position of the stem of the regulatory body, i.e. the need for calibration of the regulatory body, which is associated with large material and labor costs, especially for actuators of large diameter. Another disadvantage of such an actuator is the contamination of the regulatory body during operation, which changes the relationship between the dimensional coefficient and the position of the stem of the regulatory body, which is the reason for the change in the discharge characteristics of the latter.

Задачей данного изобретения является совершенствование исполнительного устройства для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах, а именно создание исполнительного устройства, инвариантного к изменению режима течения жидкой среды, изменению давления жидкой среды перед регулирующим органом и не требующего предварительной калибровки регулирующего органа.The objective of the invention is to improve the actuator for regulating fluid flows in pipelines, namely, the creation of an actuator that is invariant to a change in the flow regime of a liquid medium, a change in the pressure of the liquid medium in front of the regulatory body and does not require preliminary calibration of the regulatory body.

Технический результат - создание исполнительного устройства для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах, инвариантного к изменениям режима течения жидкой среды и не требующего предварительной калибровки регулирующего органа.EFFECT: creation of an actuating device for regulating fluid flows in pipelines, which is invariant to changes in the fluid flow regime and does not require preliminary calibration of the regulatory body.

Технический результат достигается тем, что в исполнительном устройстве для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах, содержащем электрический серводвигатель, соединенный штоком с регулирующим органом, установленным на трубопроводе, электрический позиционер с двумя входами, один из которых подключен к источнику аналогового электрического сигнала, а выход позиционера подключен к серводвигателю, и устройство формирования измерительной информации о расходе жидкой среды, протекающей через трубопровод, включающее в себя электрическое устройство извлечения квадратного корня, согласно изобретению устройство формирования измерительной информации о расходе жидкой среды исполнительного устройства содержит пьезометрическую усредняющую трубку с выходами для отбора полного усредненного давления и статического давления, установленную в трубопроводе перед регулирующим органом по потоку жидкой среды, и датчик разности давлений с электрическим аналоговым выходным сигналом, подключенный своими входами к выходам пьезометрической усредняющей трубки, при этом выход датчика разности давлений подключен ко входу устройства извлечения корня, выход которого подключен ко второму входу позиционера.The technical result is achieved by the fact that in the actuator for regulating fluid flows in pipelines, containing an electric servomotor connected by a rod to a regulator installed on the pipeline, an electric positioner with two inputs, one of which is connected to an analog electrical signal source, and the positioner output connected to a servomotor, and a device for generating measurement information about the flow rate of a liquid medium flowing through a pipeline including an electric The square root extraction device according to the invention, the device for generating measurement information about the flow rate of the liquid medium of the actuator comprises a piezometric averaging tube with outlets for sampling the total averaged pressure and static pressure installed in the pipeline in front of the regulating body along the liquid flow, and a pressure difference sensor with electric an analog output signal connected by its inputs to the outputs of the piezometric averaging tube, while the output the differential pressure sensor is connected to the input of the root extraction device, the output of which is connected to the second input of the positioner.

Такая конструкция обеспечивает инвариантность расходной характеристики исполнительного устройства к изменению режима течения жидкой среды через трубопровод, который может быть ламинарным, турбулентным или переходным в зависимости от степени закрытия регулирующего органа, и исключает необходимость предварительной, дорогостоящей и трудоемкой калибровки регулирующего органа за счет включения в состав исполнительного устройства расходомера, обеспечивающего измерение среднего расхода жидкой среды через трубопровод при всех режимах ее течения.This design ensures the invariance of the flow rate characteristics of the actuator to a change in the flow regime of the liquid medium through the pipeline, which can be laminar, turbulent or transitional, depending on the degree of closure of the regulatory body, and eliminates the need for preliminary, costly and time-consuming calibration of the regulatory body due to the inclusion of a flowmeter device that measures the average flow rate of a liquid medium through a pipeline under all conditions its course.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with the prototype of the claimed design has a distinctive feature in the combination of elements and their relative position.

Схема исполнительного устройства для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах показана на чертеже.A diagram of an actuator for controlling fluid flows in pipelines is shown in the drawing.

Исполнительное устройство для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах содержит электрический серводвигатель 1, соединенный штоком 2 с регулирующим органом 3, установленным на трубопроводе 4, электрический позиционер 5 с двумя входами. Первый вход 6 позиционера 5 подключен к источнику аналогового электрического сигнала, а его выход 7 подключен к серводвигателю 1. Исполнительное устройство включает в свой состав устройство формирования измерительной информации 8 о расходе жидкой среды, протекающей по трубопроводу, которое включает в себя электрическое устройство извлечения квадратного корня 9, пьезометрическую трубку 10 с выходами 11 и 12 для отбора полного усредненного и статического давлений, установленную в трубопроводе 4, перед регулирующим органом 3 по потоку жидкой среды, и датчик разности давлений 13, подключенный своими входами 14 и 15 к выходам 11 и 12 пьезометрической усредняющей трубки 10. Выход 16 датчика разности давлений 13 подключен ко входу 17 устройства извлечения квадратного корня, выход 18 которого подключен ко второму входу 19 позиционера 5.An actuating device for regulating fluid flows in pipelines comprises an electric servomotor 1 connected by a rod 2 to a regulating body 3 mounted on the pipeline 4, an electric positioner 5 with two inputs. The first input 6 of the positioner 5 is connected to the source of the analog electric signal, and its output 7 is connected to the servomotor 1. The actuator includes a device for generating measurement information 8 about the flow rate of the fluid flowing through the pipeline, which includes an electric square root extraction device 9, a piezometric tube 10 with outputs 11 and 12 for sampling the total averaged and static pressures installed in the pipeline 4, in front of the regulating body 3 in the liquid flow food, and a pressure difference sensor 13 connected by its inputs 14 and 15 to the outputs 11 and 12 of the piezometric averaging tube 10. The output 16 of the pressure difference sensor 13 is connected to the input 17 of the square root extraction device, the output of which 18 is connected to the second input 19 of the positioner 5.

Работа исполнительного устройства для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах осуществляется следующим образом.The operation of the actuator to control the flow of liquid in the pipelines is as follows.

Исполнительное устройство, включенное как составная часть в систему автоматического регулирования технологического параметра, получает аналоговый электрический сигнал от автоматического регулятора технологического параметра, который реализует тот или иной закон регулирования.The actuator, which is included as part of the automatic control of the technological parameter, receives an analog electrical signal from the automatic controller of the technological parameter, which implements one or another regulation law.

При изменении в процессе работы системы автоматического регулирования значения аналогового электрического входного сигнала электрический позиционер 5 сравнивает значение данного сигнала, поступившего на первый вход 6, со значением сигнала, поступившего на второй вход 19, пропорционального расходу жидкой среды, и вырабатывает управляющий сигнал, поступающий с выхода 7 на серводвигатель 1. Последний перемещает шток 2 регулирующего органа 3, изменяет его проходное сечение и расход жидкой среды через трубопровод до тех пор, пока разность сигналов на входах позиционера 5 не станет равной нулю. Сигнал, поступающий на вход 19 позиционера 5, формируется следующим образом. Из пьезометрической усредняющей трубки 10 сигналы полного усредненного и статического давлений поступают на входы 14 и 15 датчика разности давлений 13, который преобразует значение разности давлений в пропорциональный электрический аналоговый сигнал и передает его со своего выхода 16 на вход 17 устройства извлечения квадратного корня 9. Использование такого устройства необходимо из-за того, что массовый расход жидкой среды Gж, протекающей через трубопровод 4, зависит от разности полного давления Рп на выходе 11 пьезометрической усредняющей трубки 10 и статического давления Рст в трубопроводе 4 (Δр=РПСТ) и описывается следующей формулой:When the value of the analog electrical input signal changes during the operation of the automatic control system, the electric positioner 5 compares the value of this signal received at the first input 6 with the value of the signal received at the second input 19, which is proportional to the flow rate of the liquid medium, and generates a control signal from the output 7 to the servomotor 1. The latter moves the rod 2 of the regulatory body 3, changes its cross-section and the flow rate of the liquid medium through the pipeline until the difference als at the inputs of the positioner 5 becomes zero. The signal supplied to the input 19 of the positioner 5, is formed as follows. From the piezometric averaging tube 10, the signals of the total averaged and static pressures are fed to the inputs 14 and 15 of the pressure difference sensor 13, which converts the value of the pressure difference into a proportional electrical analog signal and transfers it from its output 16 to the input 17 of the square root extraction device 9. Using this device is necessary due to the fact that the mass flow of liquid medium g w flowing through line 4 depends on the total pressure difference P n at the output 11 of the averaging piezometric cuttings 10 and the static pressure P v in the conduit 4 (Dp = P n -P CT) and is described by the following formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где k - постоянный коэффициент.where k is a constant coefficient.

Таким образом, в процессе работы исполнительного устройства массовый расход жидкой среды через регулирующий орган будет пропорционален аналоговому электрическому входному сигналу.Thus, during the operation of the actuator, the mass flow of the liquid medium through the regulator will be proportional to the analogue electrical input signal.

Преимуществом предлагаемого технического решения является:The advantage of the proposed technical solution is:

- инвариантность к изменениям режима течения среды в трубопроводе в процессе работы исполнительного устройства и загрязнению регулирующего органа;- invariance to changes in the flow regime of the medium in the pipeline during operation of the actuator and contamination of the regulatory body;

- возможность применения на трубопроводах практически любого диаметра;- the possibility of application on pipelines of almost any diameter;

- уменьшение затрат на эксплуатацию за счет исключения необходимости предварительной калибровки регулирующего органа.- reduction of operating costs by eliminating the need for preliminary calibration of the regulatory body.

Предлагаемое исполнительное устройство может быть реализовано на базе электрического серводвигателя, позиционера, широко распространенных электронных элементов и простых средств измерения расхода.The proposed actuator can be implemented on the basis of an electric servomotor, positioner, widespread electronic elements and simple means of measuring flow.

Исполнительное устройство может найти применение для регулирования расхода потока жидкой среды в различных областях промышленности.Actuator can be used to control the flow rate of a fluid in various industries.

Claims (1)

Исполнительное устройство для регулирования потоков жидких сред в трубопроводах, содержащее электрический серводвигатель, соединенный штоком с регулирующим органом, установленным на трубопроводе, электрический позиционер с двумя входами, один из которых подключен к источнику аналогового электрического сигнала, а выход позиционера подключен к серводвигателю, и устройство формирования измерительной информации о расходе жидкой среды, протекающей через трубопровод, включающее в себя электрическое устройство извлечения квадратного корня, отличающееся тем, что устройство формирования измерительной информации о расходе жидкой среды содержит пьезометрическую усредняющую трубку с выходами для отбора полного усредненного давления и статического давления, установленную в трубопроводе перед регулирующим органом по потоку жидкой среды, и датчик разности давлений с электрическим аналоговым выходным сигналом, подключенный своими входами к выходам пьезометрической усредняющей трубки, при этом выход датчика разности давлений подключен ко входу устройства извлечения квадратного корня, выход которого подключен ко второму входу позиционера.An actuator for regulating fluid flows in pipelines, comprising an electric servomotor connected by a rod to a regulator installed on the pipeline, an electric positioner with two inputs, one of which is connected to an analog electrical signal source, and the positioner output is connected to a servomotor, and a device for generating measuring information on the flow rate of a liquid medium flowing through a pipeline including an electric square-bed extraction device characterized in that the device for generating measurement information about the flow rate of the liquid medium contains a piezometric averaging tube with outputs for sampling the total averaged pressure and static pressure installed in the pipeline in front of the regulatory body for the flow of the liquid medium, and a pressure difference sensor with an electrical analog output signal, connected by its inputs to the outputs of the piezometric averaging tube, while the output of the differential pressure sensor is connected to the input of the quad extraction device reverse root, the output of which is connected to the second input of the positioner.
RU2004133462/28A 2004-11-16 2004-11-16 Actuating device for controlling flows of liquid substances in pipelines RU2289155C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004133462/28A RU2289155C2 (en) 2004-11-16 2004-11-16 Actuating device for controlling flows of liquid substances in pipelines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004133462/28A RU2289155C2 (en) 2004-11-16 2004-11-16 Actuating device for controlling flows of liquid substances in pipelines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004133462A RU2004133462A (en) 2006-04-27
RU2289155C2 true RU2289155C2 (en) 2006-12-10

Family

ID=36655412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004133462/28A RU2289155C2 (en) 2004-11-16 2004-11-16 Actuating device for controlling flows of liquid substances in pipelines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2289155C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004133462A (en) 2006-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1834116B1 (en) Process fluid flow device with variable orifice
JP3583123B1 (en) Flow control valve and flow control device
JP5079401B2 (en) Pressure sensor, differential pressure type flow meter and flow controller
CA2043682C (en) Integrated process control valve
US20130240045A1 (en) Method for Determining a Fluid Flow Rate With a Fluid Control Valve
EP1887326B1 (en) Orifice member, and differential pressure flow meter and flow regulating device using the orifice member
US10859415B2 (en) Flow measurement apparatus and method of use
US3910112A (en) Flow meter
CN108679448B (en) Microfluid flow online adjusting device and detection method
JPH03125098A (en) Lubrication monitoring system
JP2007522479A (en) Unsteady flow meter
JP2011515689A (en) Real-time measurement system for instantaneous fluid flow
WO2006111832A2 (en) Control of slurry flow
RU2289155C2 (en) Actuating device for controlling flows of liquid substances in pipelines
WO2009019591A2 (en) Method for determining the instantaneous flow rate of a fluid, in particular for a liquid under high-pressure
RU2289156C2 (en) Actuating device for controlling gas flows in pipelines
CN109489971B (en) Micro flow measurement system and method for electro-hydraulic servo valve
JP7294846B2 (en) Flow control valve, control device for flow control valve, method for controlling flow control valve, and control program for flow control valve
KR102616224B1 (en) Flowmeter resistant to environmental changes and flow measurement method
Krishna et al. Experimental analysis of multiport averaging device and effect of body shape on flow coefficient
JP6006950B2 (en) Flow test equipment
US11959788B2 (en) Wide range flow measuring device having two Coriolis meters arranged in series and a bypass line to bypass the second Coriolis meter
KR19980014499A (en) Differential Pressure Type Flow Detection Apparatus and Method
CN112576799A (en) Pressure-independent control valve and control method for pressure-independent control valve
CN111552225A (en) System and method for adjusting oxygen addition amount of boiler feed water

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061117