SU796799A1

SU796799A1 - Gas mass rate-of-flow regulator

Info

Publication number: SU796799A1
Application number: SU762366499A
Authority: SU
Inventors: Николай Андреевич Шорин; Евгений Ильич Феоктистов; Евгений Аркадьевич Чечулин; Леонид Кронидович Прозоров
Original assignee: Специальное Проектно-Конструктор-Ckoe Бюро Всесоюзного Объединения"Союзнефтеавтоматика"
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1976-06-01
Publication date: 1981-01-15

Description

Изобретение относится к автоматическому регулированию массового расхода газа (воздуха) и может быть использовано в системах распределения _ газа при газлифтной добыче нефти, в ³системах кондиционирования воздуха летательных аппаратов и др.·The invention relates to automatic control of the mass flow of gas (air) and can be used in gas distribution systems for gas-lift oil production, in ³ air conditioning systems of aircraft, etc.

Известен регулятор массовой (весовой) подачи воздуха, содержащий трубопровод с сужающим устройством, командное устройство, регулирующий и исполнительный органы £1^J .Known regulator of mass (weight) air supply, containing a pipeline with a constricting device, a command device, regulating and executive bodies £ 1 ^ J.

Недостатки этого регулятора - сложность конструкции, наличие специальных механизмов и устройств, вводящих коррекцию контролируемых параметров (давления перед сужающим устройством, перепада давления на нем и др.) и большим количеством жиклеров, работающих в режиме критического истечения, обуславливающих неработоспособность их на реальных (нефильтрованых) средах и многозвенность преобразования возмущающего сигнала в исполнительной системе сужающее устройство - командное устройство - исполнительный механизм — регулирующий орган - сужающее устройство, т.е. запаздывание преобразования входного сигнала в выходной.¹ The disadvantages of this regulator are the complexity of the design, the presence of special mechanisms and devices that introduce the correction of controlled parameters (pressure in front of the constricting device, pressure drop across it, etc.) and a large number of nozzles operating in critical flow mode, causing them to fail on real (unfiltered) environments and multi-link transformation of the disturbing signal in the executive system constricting device - command device - actuator - regulatory body - narrowing device, i.e. the delay in converting the input signal to output. ¹

Наиболее близким по технической сущности к. описанному изобретению и ⁴достигаемому результату является регулирующий клапан типа Fiostat V, представляющий собой регулятор расхода газа, во входном патрубке которого установлено дросселирующее устройство, выполненное в виде эквивалентного поворотного дискового затвора, приводимого в действие специальным приводом с командным устройством и подпружиненным регулирующим органом, жестко связанным с мембранным разделителем исполнительного механизма, полость над которым соединена с полостью корпуса до сужающего устройства С²!·The closest in technical essence to the described invention and ⁴ achieved result is a control valve of the Fiostat V type, which is a gas flow regulator, in the inlet of which a throttling device is installed, made in the form of an equivalent rotary disk lock actuated by a special actuator with a command device and a spring-loaded regulatory body rigidly connected to the membrane separator of the actuator, the cavity above which is connected to the cavity of the core pus to the narrowing device C ² ! ·

Недостатками регулятора являются сложность конструкции,наличие специальных устройств и преобразователей, вводящих коррекцию изменения контролируемых параметров (давления перед дросселирующим устройством и перерада давления на нем) и специального привода с нересчетным устройством, превращающих его при регулировании массового расхода газа в регулятор косвенного действия, повышенная погрешность, обусловленная запаздыванием преобразования измене3 ния входного сигнала в выходной за счет двойного преобразования сигналов в системе дроссель-командное.The disadvantages of the regulator are the design complexity, the presence of special devices and converters that introduce the correction of changes in the controlled parameters (pressure in front of the throttle device and pressure difference over it) and a special drive with an odd device that turns it when regulating the mass flow of gas into an indirect regulator, increased error, due to the delay in the conversion of the input signal to the output signal due to the double conversion of signals in the core system ssel-command.

устройство - исполнительный механизм с пересчетным устройством-дроссель.device - actuator with recounting device-choke.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение конструкции.The purpose of the invention is to increase reliability and simplify the design.

Поставленная цель достигается за счет того, что в регуляторе массового расхода газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками,сужающее устройство, установленное во входном патрубке, исполнительный механизм, жестко соединенный с подпружиненным регулирующим органом, исполнительный механизм выполнен в виде блока из двух разделителей (мембран, поршней, сильфонов или их комбинаций: поршень-мембрана, мембрана-сильфон, сильфон-поршень) с соотношением эффективных площадей 1,001 - 1,5, разделяющих корпус на три полости, из которых ограниченная большей эффективной площадью соединена с полостью до сужающего устройства, ограниченная меньшей эффективной площадью с полостью после сужающего устройства, а полость между разделителями соединена с атмосферой.’This goal is achieved due to the fact that in the gas mass flow controller containing a housing with inlet and outlet nozzles, a constriction device installed in the inlet nozzle, an actuator rigidly connected to a spring-loaded regulating body, the actuator is made in the form of a block of two dividers ( membranes, pistons, bellows or combinations thereof: piston-membrane, membrane-bellows, bellows-piston) with a ratio of effective areas of 1.001 - 1.5, dividing the housing into three cavities, of which is limited the largest effective area is connected to the cavity before the constriction device, limited by the smaller effective area to the cavity after the constriction device, and the cavity between the dividers is connected to the atmosphere. ’

Такое выполнение исполнительного механи&ма полволяет совместить в одном устройстве исполнительный механизм и командное устройство, исключить многозвенность преобразования командного импульса в исполнительный и обеспечить изменение перепада давле ния на сужающем устройстве таким образом, что при увеличении давления перед сужающим; устройством уменьшается перепад давления на нем и наоборот, обеспечивая в определенном интервале изменение давлений перед сужающим устройством, реализацию с достаточной степенью точности выражения^ Др.р =const, т·е.; реализацию постоянства массового расхода газа.Such execution of the actuator allows combining the actuator and the command device in one device, eliminating the multi-link conversion of the command pulse into the actuator, and ensuring a change in the pressure drop across the constriction device in such a way that when the pressure increases in front of the constriction; the device decreases the pressure drop across it and vice versa, providing in a certain interval a change in pressure in front of the constricting device, the implementation with a sufficient degree of accuracy of the expression ^ Dr.r = const, t · е .; the implementation of the constancy of the mass flow of gas.

На фиг. 1 изображен регулятор массового расхода газа, общий вид в разрезе,' на фиг. 2 приведена эави щего устройства 2, полость под разделителем 6 является продолжением полости входного патрубка после сужающего устройства (соединена с полостью после сужающего устройства), а полость между разделителями 5 и 6 посредством дросселирующего устройства 8 соединена с атмосферой.In FIG. 1 shows a gas mass flow controller, a general sectional view, 'in FIG. Figure 2 shows the expansion device 2, the cavity under the separator 6 is a continuation of the cavity of the inlet pipe after the constriction device (connected to the cavity after the constriction device), and the cavity between the separators 5 and 6 is connected to the atmosphere by means of a throttling device 8.

Регулятор работает следующим образом.The regulator operates as follows.

Газ в него поступает со стороны патрубка с сужающим устройством. Перепад давления на сужающем устройстве 2, воспринимаемый разделителями 5 и 6 исполнительного механизма и скомпенсированный усилием пружины 4, являющийся задатчиком расхода, передается на регулирующий орган 3, который занимает соответствующее этому воздействию положение.Изменение входного давления (давления перед сужающим устройством 2) влечет за собой изменение, давления после сужающего устройства 2 до достижения им величины, обуславливающей перепад давления на сужающем устройстве 2 соответственно заданному значению расхода при соответствующем в данный момент значении абсолютного давления перед ним. _с Gas enters it from the side of the pipe with a constricting device. The pressure drop across the constriction device 2, which is perceived by the actuator dividers 5 and 6 and compensated by the force of the spring 4, which is the flow rate regulator, is transmitted to the regulator 3, which occupies a position corresponding to this action. Changing the inlet pressure (pressure in front of the constriction device 2) entails the change in pressure after the constriction device 2 until it reaches a value that determines the pressure drop across the constriction device 2 according to a predetermined flow rate when favoring at the moment of the absolute pressure in front of him. _from

Массовый расход газа через сужающее устройство определяется по формулеThe mass flow rate of gas through the constriction device is determined by the formula

Q-kUP-P , <Ьде G - массовый расход газа;Q-kUP-P, <b where G is the mass flow rate of gas;

к - коэффициент пропорциональности;k is the coefficient of proportionality;

ДР - перепад давления на сужающем устройстве;DR - differential pressure on the constriction device;

Р - абсолютное давление перед сужающим устройством.P is the absolute pressure in front of the constricting device.

Условие равновесия системы в общем виде представляет собой выражениеThe equilibrium condition of the system in general is an expression

PF^P-AP^+G,, из которого следует, чтоPF ^ P-AP ^ + G, from which it follows that

регуляторов с различным соотношением эффективных площадей ·,regulators with different ratios of effective areas ·,

Регулятор (фиг.1) состоит из корпуса 1 с входным и выходным патрубками, сужающего устройства 2, регулирующего органа 3, подпружиненного на открытие пружиной 4 и жестко соединенного с исполнительным органом, выполненным в виде блока из двух разделителей, например, мембран 5 и 6 с соотношением площадей 1,001-1,5. Полость над разделителем 5 посредством трубопровода 7 соединена с. ' полостью входного патрубка до сужаю где t, - усилие пружины/The regulator (figure 1) consists of a housing 1 with inlet and outlet nozzles, a constricting device 2, a regulating body 3, spring-loaded to open with a spring 4 and rigidly connected to an actuator made in the form of a block of two separators, for example, membranes 5 and 6 with an area ratio of 1.001-1.5. The cavity above the separator 5 by means of a pipe 7 is connected to. 'the cavity of the inlet pipe to constrict where t, is the spring force /

Г - эффективная! площадь разде* лителя, воспринимающая давление среды до сужающего устройства;G is effective! the area of the separator * perceiving the pressure of the medium to the constricting device;

- то же после сужающего устройства..- same after narrowing device ..

При отношении F,: = 1 , 0 1 и Р равном 160-100 кгс/см¹ (уравнение 3) и исходя из того, что при малых перемещениях Q - величина постоянная и равна, например, 260 кгс, получим следующие результаты (см. таблицу).With the ratio F ,: = 1, 0 1 and P equal to 160-100 kgf / cm ¹ (equation 3) and based on the fact that at small displacements Q is a constant and equal to, for example, 260 kgf, we obtain the following results (cm . table).

F, : F, F,: F, Ч см^л H cm ^l F„ *· η CM* F „ * Η CM * G к ГС G to GS P кгс/см^г P kgf / cm ^g Δ Ρ (КГС/Ch? Δ Ρ (KGS / Ch? кгс/см¹ kgf / cm ¹ 160 160 1,0 1,0 12,65 12.65 150 150 1,1 1,1 12,84 12.84 1,01 1.01 101 101 100 100 260 260 140 140 1,2 1,2 12,96 12.96 130 130 1,3 1.3 13,00 13.00 120 120 1,4 1.4 12,96 12.96 110 110 1,5 1,5 12,84 12.84 100 100 1,6 1,6 12,65 12.65

Из данных таблицы следует, что в определенном интервале изменения давления перед сужающим устройством массовый расход газа с достаточной степенью точности есть величина, постоянная.From the table it follows that in a certain range of pressure changes in front of the constricting device, the gas mass flow rate with a sufficient degree of accuracy is a constant value.

По приведенной на фиг. 2 зависимости, по максимально возможному значению (развиваемому системой) давления Р и расчетному значению д Р при заданном значении массового расхода газа G выбирают тип регулятора с определенным соотношением эффективных площадей (F, : F^ ) или 35 на основе имеющегося в наличие регулятора раскола с определенной характеристикой по ς : F2. ^ПР^И эаданнсии значении G и максимальном значении Р изменением усилия пружины О задаются режимы работы регулятора поReferring to FIG. 2 dependencies, according to the maximum possible value (developed by the system) of pressure P and the calculated value of d P for a given value of the mass flow rate of gas G, select the type of controller with a certain ratio of effective areas (F,: F ^) or 35 based on the available split controller with defined characteristic in ς: F2. ^P R ^{And the} value of G and the maximum value of P by changing the force of the spring O sets the operating modes of the controller according to

Claims

The invention relates to the automatic regulation of the mass flow rate of gas (air) and can be used in gas distribution systems in gas-lift oil production, in air conditioning systems of aircraft, etc. The mass (air) mass regulator is known, containing a pipeline with a restriction device, command device, regulatory and executive bodies. The disadvantages of this controller are the complexity of the design, the presence of special mechanisms and devices that introduce correction of the monitored parameters (pressure before the restriction device, pressure drop on it, etc.) and a large number of nozzles operating in the critical flow mode, which make them inoperative (unfiltered) environments and multilinks of transformation of a disturbing signal in the executive system constricting device - command device - executive mechanism regulating authority - constricting The present apparatus, i.e. delay in converting the input signal to the output The closest to the technical description of the described invention and the achieved result is a control valve of the type Flos tat V, which is a gas flow regulator, in the inlet of which a throttling device is installed, made in the form of an equivalent rotary disk gate actuated by a special actuator with a command device and a spring-loaded regulator rigidly connected with a membrane separator nogo mechanism cavity over which is connected with the cavity of the housing 2 to the primary device. The disadvantages of the regulator are the complexity of the design, the presence of special devices and transducers, introducing correction of changes in monitored parameters (pressure before the throttling device and pressure build-up on it) and a special drive with a reference device, turning it into an indirect regulator when controlling the mass flow rate of gas. , increased error due to delay in the conversion of the input signal to the output signal due to double conversion of signals in the system Rossel-command device - to actuator scaler choke object of the invention - improving reliability and simplifying construction. This goal is achieved due to the fact that in a gas mass flow controller that includes a housing with inlet and outlet nozzles, a restriction device installed in the inlet nozzle, an executive mechanism rigidly connected to the spring-loaded regulator, the executive mechanism is designed as a block of two separators (piston membranes, bellows, or a combination of a piston-membrane, membrane-bellows, bellows-piston) with a ratio of effective areas of 1.001-1.5, dividing the body into three cavities, of which A larger effective area is connected to the cavity before the restriction device, limited to a smaller effective area with the cavity after the restriction device, and the cavity between the dividers is connected to the atmosphere. Such an execution of the actuator & ps allows to combine the actuator and the command device in one device, exclude the multi-step conversion of the command pulse into the executive one and ensure that the pressure drop changes on the restrictor so that when the pressure increases, before the restriction; the device reduces the pressure drop over it and vice versa, providing a pressure change in front of the restriction device, a realization with a sufficient degree of accuracy of expression, i.e.: the realization of the mass flow rate of gas. FIG. 1 shows a gas flow rate controller, a general sectional view / in FIG. 2 shows the dependence of D. (p) ICs (P} -) p and regulators with a different ratio of effective areas FF. The regulator of FIG. 1) consists of a housing 1 with inlet and outlet nozzles, a narrowing device 2, a regulator 3, spring-loaded for opening by spring 4 and rigidly connected to the executive body, made in the form of a block of two dividers, for example, membranes 5 and b with an area ratio of 1.001–1.5. The cavity above the separator 5 is connected via pipe 7 with the cavity of the inlet to the restriction device 2, the cavity under the separator 6 is an extension of the cavity of the input pipe after the narrowing device (connected to the cavity after the narrowing device) and the cavity between the separators 5 and 6 by means of a throttling device 8 is connected to the atmosphere. The regulator op works as follows: The gas enters it from the side of the nozzle with the restriction device. The pressure drop across the restriction device 2 is perceived once. the actuator dividers 5 and 6 and compensated by the force of the spring 4, which is the flow master, is transmitted to the regulator 3, which occupies the position corresponding to this effect. Changing the pressure input (pressure before the restriction device 2) entails a change. pressure after tapering device 2 until it reaches the value that causes the pressure drop across the tapering device 2 according to the specified flow rate at the corresponding value of the absolute pressure in front of him. The mass flow rate of gas through the restriction device is determined by the formula; mass flow rate of gas; coefficient of proportionality; pressure drop across the restriction device; absolute pressure before the restriction device. The equilibrium condition of the system in general form is the expression PP, - (P-AP1P G, from which it follows that) P f f p where t, spring force, effective separator area, perceiving the pressure of the medium before the restricting device after the narrowing devices .. With respect to F ,: Fj 1, O 1 and P equal to 160-100 kgf / cm (equation 3) and based on the fact that with small displacements 0 (- the value is constant and equal, for example, 260 kgf , we obtain the following results (see table). From the data of the table it follows that in a certain interval of pressure changes before narrowing With a device, the gas mass flow with a sufficient degree of accuracy is a constant value.After the dependence shown in Fig. 2, the maximum possible value (developed by the system) pressure P and the calculated value g P for a given value of the mass flow rate of gas G choose the type of controller with a certain by the ratio of the effective areas (F, -fi}) or on the basis of the {1 flow controller with a specific characteristic of f. at. given the value of G and the maximum value of P by varying the force of the spring Gr, the modes of operation of the regulator according to the claims are specified. The gas mass flow controller contains a housing with inlet and outlet nozzles, narrowing the device installed in the inlet nozzle, an actuator rigidly connected to the spring-loaded regulator, characterized in that, in order to simplify and increase the reliability of the regulator, the actuator is made in the form of a block of two separators with a ratio of effective areas from 1.001 to 1.5, dividing the body into three cavities / and the cavity is limited by a larger effective area, connected to the cavity before the narrowing device, limited to a smaller area - to the cavity after the narrowing device, and the cavity between the dividers; connected to the atmosphere. Sources of information taken into account in the examination 1. The author's certificate of the USSR (219231, Cl. 05 O 7/01, 1968.

2. Process engineering, 1972, May, p. 82-83 (prototype).