.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ. (54) DEVICE FOR REGULATING PRESSURE
Изобретение относитс к области автоматического регулировани давлений и может быть использовано в системах регулировани давлени природного газа на выходе газо-распределительных станций. Известны устройства, предназначенные дл регулировани давлени жидкостей и газов.. Известные устройства содержат регулирующие устройства (дроссели, блоки), датчики и задатчики давлений с усилите- л кга, выходы которых через исполнитель ный механизм соединены с регулирующими устройствами 1, 2. Известные устройства громоздки, слож ны и небезопасны, так как предполагают использование электри сеских сигналов. Системы не обеспечивают изменени пределов регулировани давлени на выходе и неустойчивы, так как не имеют обратной св зи по отклонению давлени и уст ройства дл регулировани пределов да&л ени на выходе. Отсутствие регулировани по отклонению давлени в этах системах обуславливают возможность регулировани лтпь на докритических режиматс истечени газа , (т. е. в области небольших перепадов давлени на входе и выходе, когда отношение этих давлений составл ет не более О,528), так как истечение газа в проточных полост х блока управлени в надкритическом режиме способствует значительному снижению температуры газа, обмерзанию проточных полостей, что приводит к выключению блока управлени . Поэтому в услови х газораспределительных станций известные системы примен тьс не могут. Известно также устройство дл регулировани давлени , содержащее установленный в трубопроводе исполнительный механизм с камерой управлени , св занной с выходной камерой пилотного клапана командного блока, канал питани котсфого соединен со входом исполнительного механизма, и задатчик, соединенный С ОДНОЙ камерой чувствительного элемента командного блока, друга камера которого соеди енй с выходом исполнительного Mexai iaMfl{ 3j. Недостатком известного, устройства вл етс недостаточна точность регулировани , так как величина отклонени давлени передаетс в командный блок беэ усилени . Целью иаобретенн вл етс устранение указанного недостатка, т. е. повышение точности устройства. Дл этого в устройство введен регул тор перепада давлени , управл юща камера которого соединена со входом испол нительного механизма, а входной и выходной кйналы соединены соответственно с каналом сброса пилотного клапана и выходом йсполнитепьного механизма. На чертеже изображено устройство дл регулировани давлени . Устройство содержит установленный в трубопроводе 1 исполнительный механизм 2 с камерой 3 управлени , св занной с выходной камерой 4 пилотногчэ клапана 5 командного блока 6, канал питани 7 которого соединен со входом В исполнительного механизма 2, и аадатчик 9, сое диненный с камерой Ю чувствительного элемента 11 командного блока 6, камера 12 которого соединена с выходом 13 исполнительного механизма 2, регул тор 14 перепада давлени , управл юща каме ра 15 которого соеди ена со входом 8 исполнительного механизма 2, а входной 16 и выходной 17 каналы соединены соответственно с каналом 18 сбросапщюр ного клапана 5 и выходом 13 исполнител ного механиала 2. Исполнитеп1эйый механизм 2 имеет Про ходные отверсти 19, силовой цилиндр 20 подвижнь1Й, регулирующий стакан 21, поршень 22 со штоком 23, пружину 24 сйсати , установленную межДу силовым цилиндром 20 и поршнем 22 с предварительным сжатием уплотнени 25, рабочую камеру 26, камеру 27 обогрева. Дл уравновешивани стакана 21 полость 28 сообщена с камерой 26 отверсти ми 27. Силовой цилиндр 2О, установленный в цилиндрической камере 26, жестко соединен с регулирующим стаканом 21 и образует замкнутые полости 28, 29, камеру 3 управлени и рабочую 26 камеру сообщенввле каналами 30, 31 соответствен но с выходной камерой 4 пилотного клапана 5 и давлением на входе 8 исполнительного механизма 2. Регул тор 14 перепада давлени поддерживает посто нный перепад давлени на золотнике 32, при этом величина перепада определ етс настройкой пружины 33, Элемент 11 сравнени установлен на пилотном клапане 5 и образует вместе командный блок 6. Мембрана 34 жестко Св зана с золотником 32, Камера 10 соединена с задатчиком 9 через дроссель, 35, Камера 3 управлени , рабоча камера 26, вход 8 и 13 исполнительного механизма 2 сообщены присоединительными трубами 36, 37, 38, 39 и вентилем 40 с пилотным клапаном 5 и регул тором 17 перепада давлени . При работе пилотного клапана между золотником 32 и корпусом пилотного клапана образуютс кольцевые зазоры 41 и 42, а при работе регул тора перепада образуетс зазор 43, Устройство работает следующим образом . Поддержание посто нного давлени на выходе 13 Осуществл етс перекрытием регулирующим стаканом 21 проходных отверстий 19, Дл четх) рабочуй камеру 3 управлени сообщают с давлением выходной камеры 4 пютотного клапана 5, йзмён ющимс: в Зависимости от величины отклонени давлени на выходе 13 от задйнноп давлени путём дросселировани давлени входа 8 золотником 32 в пилотном клапане. При отсутствии газа в трубопроводе или перекрытии вентил 4О устройство разгружено и силовой цилиндр 20 под действием сжатой нрй установке пружины 24 занимает крайнее правое положение, перёкрЫ1ва регулирующим стаканом 21 проходные Отверсти 19; При подаче газа в трубопровод 1 и открытии вентил 40 газ под давлением по трубкам 39 и каналу 31 поступает в рабочую камеру 26 ив полости 29 и 28, сообщенные с камерой 26 через отверсти 27 и радиальные зазоры между нодвижным цилиндром 20 и корпусом исполнительного механизма 2. В этом случае результирующие усили на стакан 21 от давлени газа на входе 8 во внутреннюю полост х 28, 29, и 26 превышает суммарное осевое усилие на стакан 21 от внешнего давлени в полости входа 8 и пружины 24 w .стакан 21, соединенный с цилиндром 20, перемещаетс в левое положение, открыва проходные отверсти 19, По отверсти м 19 газ поступает в по пость выхода 13, давление в которой должно быть посто нным, равным заданно му, и не зависеть от расхода, что и осуществл етс в регул торе перекрытием проходных отверстий, т, а, изменением их сечений в зависимости от величины отклонени текущего давлени в полости 13 от заданного, посто нного. Одновременно газ поступает из пилотного клапана 5 по трубке 38 в рабочую камеру 3 управлени , образованную внутренней поверхностью цилиндра 2О и поверхностью неподвижного порщн 22 со штоком 23.. Под действием выходного давлени пилотного клапана регулирующий стакан 21 перемещаетс вправо в промежуточное положение, определ емое величиной этого давлени . Степень перекрыти проходных отверстий, т. е. давление в выходной камере 4 пилотного клапана зависит от величины дросселировани газй, поступающего по каналу 7 питани в пилотный клапан, при этом дл повышени точности регулировани (обеспечением посто нного перепада давлени ) осуществл етс обратна св зь по давлению регул тора 14 перепада давлени и полост тей входа 8 и выхода 13. Далее дросселем 35 устанавливайт в надмембранной камере 10 элемента 11 сравнени посто нное давление равное заданному в полости выхода 13. Под действием давлени в камере 1О золо-рник 32 перёмеща1ётс в положение, определ емое кольцевым зазором 41, величи которого обуславливаетс отклонением давлени выхода 13 в камере 12 под мембраной 34 от заданного давлени (ра ному установленному, технологически необходимому) , в камере Ю. Например, при увеличении расхода газа потребител ми давление выхода 13 уменьшаетс и по трубке 38 передаетс в подмембранную камеру 12 элемента 1 сравнени . Мембрана 34 под действием посто нного по величине заданного давле ни за датчика 9 перемещает золотник 32 вниз, уменьша высоту кольцевого зазор 41. При этом сопротивление истечению газа, проход щего через этот кольцевой зазор пилотного клапана под давлением Е«.ода 8, увеличиваетс и давление газа, выход щего из кольцевого зазора 41 и поступающего по 36 в камеру управлени , уменьшитс , следовательно, силовой цилиндр 20 под действием давле ни газа входа 8 в рабочей камере 26, оставшегос посто нным, переместит регулирующий стакан 21 в промежуточное левое положение, т, е. открыта площадь проходных окон 19 увеличитс и давлейие газа на выходе повыситс , восстанавлива сь до прежней, установленной заданным давлением задатчика 9, величины . В случае, если часть потребителей будет отключена, расход газа снизитс , давление на выходе 13 возрастет и мембрана 34 переместит золотник 32 вверх. При этом кольцевой зазор 41 в пилотном клапане 5 увеличитс и давление в камере 4 возрастет, а следовательно, усилие на силовой цилиндр 20 также возрастает и регулирующий стакан 21, перемеща сь вправо, «частично перекроет проходные отверсти 19. Расход газа через эти отверстий умёньшитсй и давление йа выхбде снизитс до заданной величины. Отклонение давлени в полости выхода 13, обуславливает перемещение золотника 32 и изменение кольцевых заэоров 41 и 42. в ПЙЛОТНО1И клапане 5, а также вызывает изменение зазора 43 в регул торе 14 перепада. Так при уменьшении давлени выхода 13 зазор 42 увелйчивае с , а зйзор 43 уменьшаетс , следовательно, пропорционально измер ютс и пёрейады давлени в этих зазорах, но На золотнике 32, за счет изменени расхода Газа через зазор 43 сохранитс посто нный перепад давлени . Этим обеспечиваетсй обратна св зь по давлению и возможность работы пилотного клапана при различных давлени х газа на входе, на посто нном давлении на выходе и наоборот, т. е. на больших пределах регулировани , так как регул тор-перепада давлени позвол ет использовать дл выходного давлени пилотного клапана неполный: перепад давлений входа 8 и выхода 13, а часть его, усиливаемую на золотнике 32 пилотного клапана 5. Следовательно , даже при малых значени х отклонени давлени в полости выхода 13 изменение усили на подвижном цилиндре 20 становитс достаточным, чтобы переместить регулирующий стакан и восстановить заданное давление. Сообщение внешней камеры 26 силового цилиндра с давлением на входе в регул тор уравновешивает стакан и создает избыточное усилие,, перемещающее его в положение полного открыти проходных окон, сообшение упрашт ющей камеры 3 с давлением пилотного клапана позвол ет, учитыва достаточную площадь торца подвижного Ъ1ЛЙнд{эа, использовать дл перемевцени стакана незначительное выходное Дйшенив пилотного клапана.The invention relates to the field of automatic pressure control and can be used in natural gas pressure control systems at the outlet of gas distribution stations. Known devices designed to control the pressure of liquids and gases. Known devices contain regulating devices (throttles, blocks), pressure sensors and pressure gauges from an amplifier kg, the outputs of which are connected to regulating devices 1, 2 by means of an actuator. 2. Known devices are cumbersome , are complex and unsafe, since they imply the use of electric signals. The systems do not provide changes to the limits of the pressure regulation at the outlet and are unstable, since they do not have feedback on the pressure deviation and the device for regulating the limits of the output and ampli tude. The lack of control over pressure deviation in these systems makes it possible to regulate the pressure in subcritical gas outflows (i.e. in the region of small pressure drops at the inlet and outlet when the ratio of these pressures is no more than O, 528), since the gas outflow in the flow cavities of the control unit in the supercritical mode contributes to a significant decrease in the gas temperature, freezing of the flow cavities, which leads to the shutdown of the control unit. Therefore, in the conditions of gas distribution stations, the known systems cannot be used. It is also known a pressure control device comprising an actuator installed in the pipeline with a control chamber connected to the output chamber of the pilot valve of the control unit, a power supply channel connected to the input of the actuator, and a control device connected to the ONE camera of the sensitive element of the control unit, another chamber whose connection with the release of the executive Mexai iaMfl {3j. A disadvantage of the known device is insufficient adjustment accuracy, since the magnitude of the pressure deviation is transmitted to the command unit to be non-amplified. The purpose of the inventive is to eliminate this drawback, i.e., to increase the accuracy of the device. For this purpose, a differential pressure regulator is introduced into the device, the control chamber of which is connected to the input of the actuator, and the input and output channels are connected respectively to the pilot valve reset channel and the output of the actuator. The drawing shows a device for pressure control. The device contains an actuator 2 installed in pipeline 1 with a control chamber 3 connected to the output chamber 4 of the pilot valve 5 of the command unit 6, the supply channel 7 of which is connected to the input B of the actuator 2, and an admitter 9 connected to the sensitive element chamber 11 of the command unit 6, the chamber 12 of which is connected to the output 13 of the actuator 2, the pressure differential controller 14, the control chamber 15 of which is connected to the input 8 of the actuator 2, and the input 16 and output 17 channels are connected respectively with the channel 18 of the reset valve 5 and the outlet 13 of the actuator 2. The actuator mechanism 2 has bore holes 19, the power cylinder 20 is movable, the adjusting cup 21, the piston 22 with the rod 23, the spring 24 cent, installed between the power cylinder 20 and a piston 22 with a preliminary compression of the seal 25, a working chamber 26, a heating chamber 27. To equilibrate the cup 21, the cavity 28 communicates with the chamber 26 by the holes 27. The cylinder 2O, installed in the cylindrical chamber 26, is rigidly connected to the regulating cup 21 and forms closed cavities 28, 29, the control chamber 3 and the working 26 chamber connected to the channels 30, 31 respectively, with the output chamber 4 of the pilot valve 5 and the pressure at the inlet 8 of the actuator 2. The differential pressure controller 14 maintains a constant pressure differential on the spool 32, and the differential value is determined by the setting of the spring 33, Element 11 comparisons are mounted on the pilot valve 5 and form together a command unit 6. The membrane 34 is rigidly connected to the spool 32, the chamber 10 is connected to the setting device 9 via a throttle, 35, the control chamber 3, the working chamber 26, the inlet 8 and 13 of the actuator 2 are communicated connecting pipes 36, 37, 38, 39 and valve 40 with a pilot valve 5 and a differential pressure regulator 17. During operation of the pilot valve, annular gaps 41 and 42 are formed between the spool 32 and the pilot valve body, and when the differential controller is in operation, a gap 43 is formed. The device operates as follows. Maintaining a constant pressure at the outlet 13 Carrying out the regulating cup 21 through holes 19, for four), the working control chamber 3 communicates with the pressure of the output chamber 4 of the ventilation valve 5, varying: Dependent on the deviation of the pressure at the outlet 13 from the rear pressure by throttling inlet pressure 8 with spool 32 in the pilot valve. If there is no gas in the pipeline or the valve 4O is shut off, the device is unloaded and the power cylinder 20, under the action of the spring 24 which is compressed, is in the extreme right position, flowing over with a regulating cup 21 bushing Ports 19; When gas is supplied to pipeline 1 and valve 40 is opened, pressurized gas through pipes 39 and channel 31 enters working chamber 26 and cavities 29 and 28 communicated with chamber 26 through openings 27 and radial gaps between the nodalized cylinder 20 and the body of the actuator 2. In this case, the resulting forces on the cup 21 from the gas pressure at the inlet 8 into the internal cavity 28, 29, and 26 exceed the total axial force on the cup 21 from the external pressure in the cavity of the inlet 8 and the spring 24 w. Cup 21 connected to the cylinder 20 is moved to the left position, open through holes 19, the gas enters the outlet area 13, the pressure in which must be constant, equal to a given value, and not dependent on the flow rate, which is done in the regulator by blocking the through holes, t, a, changing their cross sections depending on the magnitude of the deviation of the current pressure in the cavity 13 from the predetermined constant value. At the same time, the gas flows from the pilot valve 5 through the tube 38 into the working control chamber 3 formed by the inner surface of the cylinder 2O and the surface of the fixed valve 22 with the stem 23 .. Under the action of the output pressure of the pilot valve, the control cup 21 moves to the right in the intermediate position determined by the magnitude of pressure. The degree of overlap of the orifices, i.e., the pressure in the output chamber 4 of the pilot valve depends on the magnitude of the throttling of the gases flowing through the supply channel 7 to the pilot valve, while in order to increase the control accuracy (ensuring a constant pressure drop) the pressure of the pressure regulator 14 and the cavities of the inlet 8 and outlet 13. Next, install the throttle 35 in the supermembrane chamber 10 of the comparison element 11 constant pressure equal to that specified in the outlet cavity 13. Under the action of pressure In chamber 1O, the perforator 32 is shifted to a position determined by an annular gap 41, the magnitude of which is caused by the deviation of outlet pressure 13 in chamber 12 under membrane 34 from a predetermined pressure (established, technologically necessary), in chamber I. For example, when increasing the gas flow rate by the consumers is determined by the pressure of the outlet 13 and is transmitted through the tube 38 to the submembrane chamber 12 of the reference element 1. The membrane 34 under the action of a constant preset pressure sensor 9 moves the valve 32 down, reducing the height of the annular gap 41. At the same time, the resistance to the outflow of gas passing through this annular gap of the pilot valve under pressure E 8 and 8 increases. the gas coming out of the annular gap 41 and entering through the control chamber 36 will decrease, therefore, the power cylinder 20 under the action of the pressure of the gas input 8 in the working chamber 26, which remains constant, will move the control cup 21 to the intermediate left position e, t, e. open area through passage windows 19 and uvelichits davleyie outlet gas seen to rise by reduction Referring to the previous set target pressure setter 9 magnitude. In the event that some consumers are turned off, the gas flow rate will decrease, the pressure at outlet 13 will increase and the membrane 34 will move the valve 32 upwards. In this case, the annular gap 41 in the pilot valve 5 will increase and the pressure in chamber 4 will increase, and consequently, the force on the power cylinder 20 will also increase and the regulating cup 21 will move to the right, "will partially block the bore holes 19. Gas consumption through these holes will decrease and The pressure will be reduced to a predetermined value. The deviation of pressure in the outlet cavity 13, causes the movement of the spool 32 and the change in the ring openings 41 and 42. in PYLOTNO1I valve 5, and also causes a change in the gap 43 in the controller 14 of the differential. So, when the pressure of output 13 decreases, the gap 42 increases with and the sight 43 decreases, consequently, the pressure ranges in these gaps are measured proportionally, but on the spool 32, a constant pressure differential remains through the gap 43 through the gap 43. This provides feedback on the pressure and the ability of the pilot valve to operate at different gas pressures at the inlet, at a constant pressure at the outlet and vice versa, i.e., at large control limits, since the pressure differential controller allows the output pressure to be used pressure of the pilot valve is incomplete: the pressure drop of the inlet 8 and outlet 13, and part of it, amplified on the spool 32 of the pilot valve 5. Therefore, even with small values of pressure deviation in the outlet cavity 13, the change in force on the movable cylinder 20 st Enough to move the control cup and restore the set pressure. The communication of the external chamber 26 of the power cylinder with the pressure at the inlet to the regulator balances the glass and creates an excessive force that moves it to the fully open flow window, the communication of the suppliant chamber 3 with the pressure of the pilot valve allows, taking into account the sufficient size of the end face of the movable L1D , use a small output displacement for the pilot valve to reset the cup.
Применение описанного устройства, например , на выходе газораспределительных станций позвол ет повысить безопасность на станци х, автоматизировать процессы регулировани и снизить затраты труда, а также получить экономию газа и улучшить качество технологических процессов на предпри ти х-потребител х газа.The use of the described device, for example, at the outlet of gas distribution stations, allows increasing the safety at the stations, automating the regulation processes and reducing labor costs, as well as saving gas and improving the quality of technological processes at gas-consuming enterprises.