УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ЖИДКОСТИ
DOSED LIQUID SUPPLY CONTROL DEVICE

Изобретение относится к гидравлическим устройствам и может быть использовано в качестве стабилизатора расхода при задании требуемого расхода жидкости, в частности в качестве дозатора для автоматического ввода ингибитора гидратообразования и коррозии в поток газа, например в газовые скважины или их шлейфы.
На предприятиях газодобывающей промышленности для подачи ингибиторов гидратообразования и коррозии в поток газа используют устройства, которые одновременно являются регуляторами расхода рабочей жидкости, работающими по принципу непрерывной подачи ингибитора с поддержанием постоянного заданного расхода независимо от давления дозируемой среды на входе в устройство, т.е. компенсирующими колебания давления на входе.
Так, известно устройство для регулирования расхода жидкости, используемое в системах ввода ингибиторов гидратообразования, содержащее корпус с входным и выходным каналами, установленный в нем регулятор перепада давления, который состоит из подпружиненной мембраны и соединенного с ней плунжера, образующего разгрузочную и подмембранную полости, и трехходовый соленоидный клапан, связанный входом с подмембранной полостью, а выходами - с входным каналом и с разгрузочной полостью [1].
Недостатками известного устройства являются узкий диапазон регулирования расхода, обусловленный назначенными характеристикой пружины и площадью проходного сечения дросселя, и недостаточная точность дозирования, вызывающая необходимость использования дополнительных устройств замера фактического расхода.
Известно устройство для регулирования расхода жидкости, используемое в системах автоматического ввода ингибитора гидратообразования в поток газа, содержащее корпус с каналами для подвода жидкости, установленный в корпусе регулятор постоянного перепада давления, состоящий из плунжера, жестко соединенного с мембраной, уравновешенной пружиной и образующей в корпусе надмембранную и подмембранную полости, сообщающиеся каналом через переменный дроссель [2].
Недостатком известного устройства является невысокая точность дозирования подачи жидкости, так как установление потребного расхода производится косвенно по лимбу, определяющему положение элементов регулируемого дросселя. Кроме того, недостатком является узкий диапазон устанавливаемых расходов, что обусловлено назначенной характеристикой пружины.
Известен регулятор расхода ингибитора гидратообразования, содержащий корпус с входной и выходной камерами, связанными каналом через постоянный дроссель, чувствительный элемент, расположенный в выходной камере, и подпружиненный регулирующий орган, расположенный во входной камере и жестко связанный с чувствительным элементом, регулирующий узел, размещенный на внешней поверхности корпуса и жестко связанный штоком с чувствительным элементом [3]. Дроссель размещен в канале, образуя затвор, имеющий острые кромки в месте соединения канала с выходной камерой.
Недостатками известного устройства являются ограничение по соотношению изменяющихся давлений на входе и выходе устройства и узкий диапазон регулирования расхода, что обусловлено назначенными характеристикой пружины и площадью проходного сечения дросселя, а также недостаточная точность дозирования подачи ингибитора, вызывающая необходимость использования дополнительных устройств замера фактического расхода. При работе в непрерывном режиме поддержания установленного расхода применяемые регуляторы постоянного перепада прямого действия имеют очень жесткие требования к чистоте рабочей жидкости, т.к. наличие посторонних частиц в рабочей жидкости приводит к износу отсечных кромок затворов, а в ряде случаев перекрытие посторонними частицами в процессе работы щели затвора приводит к разбалансировке системы "чувствительный элемент-затвор", что в свою очередь вызывает возникновение неблагоприятных режимов автоколебаний в магистрали, исключающих поддержание установленных расходов.
Известно устройство для регулирования дозированной подачи жидкости, содержащее корпус с размещенным в нем автоматическим регулятором постоянного перепада давления, состоящий из подпружиненного чувствительного элемента, образующего входную и выходную полости, сообщенные между собой дросселем постоянного сечения, затвор, установленный в канале в корпуса, соединенный с чувствительным элементом регулятора постоянного перепада давления, разгрузочная камера затвора соединена разгрузочным каналом с входной полостью, и измеритель перепада давлений с каналами подвода жидкости [4]. Устройство автоматически поддерживает расход, определяемый величиной проходного сечения дросселя путем поддержания постоянного перепада давления на дросселе.
Недостатком известного устройства является низкая точность автоматического поддержания постоянного заданного расхода жидкости, так как изменение вязкости жидкости вызывает изменение перепада давлений и создает ложные предпосылки для дополнительной регулировки устройства по корректировке расхода. Установление фактического расхода рабочей жидкости при эксплуатации устройства возможно только с использованием дополнительных приборов-расходомеров. Еще одним недостатком устройства является ограничение по соотношению изменяющихся давлений на входе и выходе устройства и узкий диапазон регулирования расхода, что обусловлено назначенными характеристиками пружины и площадью проходного сечения дросселя. Кроме того, устройство предъявляет повышенные требования к чистоте рабочей жидкости, что в условиях газодобывающих предприятий обеспечить практически невозможно, вследствие чего устройство недостаточно надежно.
Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является устройство для регулирования дозированной подачи жидкости, используемое для автоматического ввода ингибитора гидратообразования в газовые скважины и их шлейфы. Устройство для регулирования дозированной подачи жидкости содержит корпус с патрубками подвода и выдачи жидкости и с размещенным в нем регулятором перепада давления в виде подпружиненного поршня, образующего входную и выходную полости, соединенные между собой через дроссельный узел, командный узел с крановым переключателем в виде гильзы с отверстиями и установленного в ней с возможностью перекрытия отверстий золотника, соединенного через шток с поршнем регулятора перепада давления, систему каналов. [5]
Недостатком известного устройства является недостаточная точность автоматического поддержания постоянного заданного расхода жидкости, так как имеющаяся узкая кольцевая щель в дросселе приводит к осаждению в ней компонентов ингибитора, что приводит к изменению расхода жидкости. Применение дросселя с кольцевой щелью крайне затрудняет настройку, т.к. площадь сечения щели меняется по квадратичной функции, а не по линейной.
Механическая фиксация золотника приводит к быстрому изнашиванию элементов фиксирующего механизма в связи с большими циклическими нагрузками, в результате чего меняются крайние точки расположения золотника, что приводит к изменению расхода жидкости.
Отсутствие жесткой постоянной связи поршня с золотником вызывает соприкосновение их в момент наивысших скоростей движения поршня и связанные с ним ударные нагрузки на золотник, что приводит к преждевременному выходу устройства из строя. Так же недостатком известного устройства является низкая точность поддержания заданного расхода, что вызывает необходимость частого периодического контроля и настройки устройства.
Кроме того, использование устройства предъявляет повышенные требования к чистоте рабочей жидкости, что в условиях газодобывающих предприятий фактически невозможно.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности и увеличение точности дозирования, упрощение настройки на заданный расход, обеспечение стабильной циклической подачи жидкости заданного расхода.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования дозированной подачи жидкости, содержащем корпус с патрубками подвода и выдачи жидкости с размещенным в нем регулятором давления в виде подпружиненного поршня, образующего входную и выходную полости, соединенные между собой через дроссельный узел, командный узел с основным крановым переключателем в виде гильзы с отверстиями и установленным в ней с возможностью перекрытия отверстий золотником, соединенным через шток с поршнем регулятора давления, систему каналов, согласно изобретению командный узел дополнительно снабжен камерой выброса с установленным в ней дифференциальным поршнем, делящим камеру на входную и выходную полости, и дополнительным крановым переключателем, выполненным в виде гильзы с отверстиями и с расположенным в ней с возможностью перекрытия отверстий золотником, соединенным с дифференциальным поршнем, дроссельный узел выполнен в виде гильзы с регулируемым по сечению отверстием и с размещенным в ней с возможностью перекрытия отверстия подпружиненным поршнем, имеющим регулируемый упор, при этом система каналов в две единые выходные линии соединяет: крановые переключатели между собой и через патрубок подвода - с входной полостью камеры выброса, и крановые переключатели, гильзу дроссельного узла и выходную полость регулятора давления, соответственно, причем дополнительный крановый переключатель раздельно соединен с гильзой дроссельного узла и с входной полостью регулятора давления, а основной крановый переключатель соединен с выходной полостью камеры выброса, при этом шток поршня регулятора давления жестко соединен с золотником основного кранового переключателя.
Использование секционного командного узла, дроссельного узла с регулируемым отверстием, жесткое кинематическое соединение штока поршня регулятора перепада давления с золотником основного кранового переключателя и двухлинейной системы каналов обеспечивает работу устройства в двух циклических режимах - в первом режиме происходит заполнение выходной полости и камеры выброса жидкости, во втором режиме происходит выброс жидкости в выходную магистраль, причем продолжительность работы устройства во втором режиме является регулируемой величиной, зависящей от площади проходного сечения дросселя, изменяемой путем вращения упора вручную в момент настройки, в процессе эксплуатации.
Применение в управляющем крановом переключателе золотника переключения, жестко связанного с дифференциальным поршнем, который блокируется командным устройством за счет переключения золотником командного устройства каналов, позволяет поддерживать постоянный расход жидкости независимо от перепада давления на входе и выходе, а также при изменении вязкости жидкости.
При снятии входного давления устройство останавливается, при подаче давления устройство автоматически запускается, обеспечивая ранее настроенный расход жидкости.
Кроме того, постоянная жесткая связь поршня с золотником приводит к существенному понижению и практически полному отсутствию ударных нагрузок на золотник, что в свою очередь ведет к повышению надежности работы устройства в целом.
Такой режим работы более надежен, т.к. не реагирует на загрязненность окружающей среды, обеспечивает более широкий диапазон устанавливаемого расхода и более точное дозирование рабочей жидкости, т.к. исключает влияние колебаний деления на входе и выходе и изменений вязкости жидкости.
Данное изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид устройства для регулирования дозированной подачи жидкости в разрезе, на фиг.2 - узел 1А фиг.1.
Устройство для регулирования дозированной подачи жидкости содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 каналами и с соосно размещенными в нем регулятором давления, командным узлом, дроссельным узлом и системой каналов.
Регулятор давления, выполненный в виде подпружиненного пружиной 4 поршня 5, образующего в корпусе входную 6 и выходную 7 полости.
Командный узел имеет основной и дополнительный крановые переключатели и камеру выброса.
Основной переключатель выполнен в виде гильзы 8 с отверстиями и установленного в ней с возможностью перекрытия отверстий золотника 9, кинематически жестко соединенного через шток 10 с поршнем 5 регулятора давления, а дополнительный - в виде гильзы 8' с отверстиями и размещенного в ней с возможностью перекрытия отверстий золотника 14. Камера выброса выполнена в виде цилиндра с установленным в нем дифференциальным поршнем 11, делящим камеру на входную 12 и выходную 13 полости, при этом входной канал 2 входит во входную полость 12. Дифференциальный поршень 11 кинематически жестко связан с золотником 14.
Дроссельный узел состоит из гильзы 15 с регулируемым отверстием 16 и установленного в ней с возможностью регулируемого перекрытия по сечению отверстия подпружиненного пружиной 17 поршня 18, имеющего регулируемый упор 19, который резьбовой частью ввернут в гильзу 15. Фиксированное положение устанавливается вращением упора 19 с затягиванием контргайки 20.
Система каналов в виде двух единых выходных линий соединяет крановые переключатели между собой и через канал с входной полостью камеры выброса и крановые переключатели, гильзу дроссельного узла и выходную полость регулятора давления, соответственно, причем дополнительный крановый переключатель раздельно соединен с гильзой дроссельного узла и с входной полостью регулятора давления, а основной крановый переключатель соединен с выходной полостью камеры выброса.
Устройство работает следующим образом.
Работа устройства регулирования дозированной подачи жидкости циклическая, включает в себя два режима.
Первый режим:
Под воздействием пружины 4 золотник 9 основного переключателя командного узла находится в крайне правом положении, соединяя канал 21 через гильзу 8 с полостями 7 и 13 через каналы 22 и 23.
При подаче входного давления через входной канал 2 высокое давление попадает в полость 12, заставляя перемещаться дифференциальный поршень 11 вместе с золотником 14 вправо, при этом золотник 14 дополнительного переключателя соединяет канал 24 с каналом 25, по которому жидкость попадает во входную полость 6, заставляя поршень 5, шток 10 и золотник 9 основного переключателя двигаться влево до положения, при котором золотник 9 соединит канал 24 (входного давления) с каналом 21 и полостью 13. За счет движения поршня 5 регулятора давления влево происходит уменьшение объема выходной полости 7, сжатие пружины 4. Жидкость из полости 7 объемом V(I) через выходной канал 3 выдается потребителю. За счет соединения золотником 9 основного переключателя канала 24 с каналом 21 жидкость попадает в полость 13, происходит быстрое перемещение дифференциального поршня 11, золотника 14 дополнительного переключателя влево до соединения каналов 26 и 25 при этом движение поршня 5 регулятора давления влево прекращается, он останавливается.
Второй режим:
За счет усилия, создаваемого пружиной 4, происходит перемещение
поршня 5 регулятора давления вправо. Жидкость из полости 6 через канал 25, 26 попадает в гильзу дроссельного узла, где через отверстие 16 попадает в канал 23. При вращении упора 19, который резьбовой частью ввернут в гильзу 15, происходит его линейное перемещение, и при этом происходит перемещение поршня 18, поджатого пружиной 17 к торцу упора 19. В гильзе 15 выполнено отверстие 16. Величина хода поршня 18 такова, что позволяет либо полностью закрыть отверстие 16, либо открыть часть его, или открыть его полностью, то есть площадь проходного сечения отверстия 16 плавно (линейно) регулируется в пределах от 0 до его полного открытия.
Время истечения жидкости из полости 6 через дроссель меняется в зависимости от величины проходного сечения дросселя, которое регулируется положением упора 19.
Перемещение поршня 5 регулятора давления под действием пружины вправо прекратится в момент, когда золотник 9 основного переключателя в правом положении соединит канал 21 через гильзу 8 с полостями 7 и 13 через каналы 22, 23. При этом дифференциальный поршень 11 будет перемещаться вправо, перемещая за собой золотник 14 дополнительного переключателя до соединения каналов 24 и 25 через гильзу 15. Жидкость из полости 13 через канал 21, гильзу 8, канал 22 попадает в канал 23. То есть происходит выброс жидкости объемом V(2) из полости 13 (камеры выброса) потребителю. Объем жидкости, выдаваемый потребителю за один цикл, является суммой объемов V(I)+V(2).
Устройство готово к следующему циклу. Стабильное количество жидкости, вытесняемой за каждый цикл, и определение количества циклов срабатывания в единицу времени, изменяемых за счет регулируемого дросселя, позволяют определить или установить потребный фактический расход жидкости, проходящей через устройство. Фиксированное положение устанавливается вращением упора 19 с затягиванием контргайки 20, что устанавливает определенную величину площади проходного сечения отверстия 16.
Величина площади проходного сечения отверстия 16 определяет расход жидкости, проходящий через отверстие, который в свою очередь устанавливает определенную скорость перемещения дифференциального поршня 11 камеры выброса, золотника 14 дополнительного переключателя, которая определяет величину времени истечения жидкости из полости 6.
При этом скорость истечения жидкости из полости 6 определяет скорость истечения и дозированную подачу жидкости из полости 13 в полость 7 потребителю объемом V(2) за цикл работы устройства. Скорость истечения объема жидкости V(2) является регулируемой составляющей времени истечения объема вытесняемой жидкости потребителю в цикле работы устройства и определяет количество циклов работы за определенный период времени, т.е. подачу жидкости. Макеты опытных образцов предлагаемого устройства для регулирования дозированной подачи жидкости, установленные на технологическом оборудовании Оренбургского газодобывающего управления "Оренбурггазпром", показали следующие результаты:
- вследствие точно заданного в единицу времени количества впрыскиваний фиксированного объема ингибитора (метанола) в шлейф скважины устройство обеспечило адекватную дозированную подачу ингибитора, несмотря на изменение в процессе испытаний давления на входе в устройство и вязкости жидкости вследствие изменений температурных условий окружающей среды;
- на точность дозирования не повлияла загрязненность рабочей среды (метанола) механическими включениями, более того, в результате переключений агрегата системы подачи метанола вследствие переключений командного узла (затвора) устройства в крайние положения происходила очистка от наслоений внутренней поверхности труб, что также не повлияло на работу устройства.
По сравнению со всеми известными аналогами и прототипом данное устройство более надежно, т.к. не реагирует на загрязненность окружающей среды, обеспечивает более широкий диапазон устанавливаемого расхода и более точное регулирование дозирования рабочей жидкости, т.к. исключает влияние колебаний деления на входе и выходе и изменений вязкости жидкости.
Таким образом, техническим результатом использования данного изобретения является повышение надежности работы и увеличение точности регулирования дозирования в широком диапазоне устанавливаемого расхода за счет обеспечения циклической подачи дискретных постоянных доз рабочей жидкости.
Источники информации, в которых содержатся сведения об аналогах изобретения
1. SU N 544950А, G05D 7/00, 1977.
2. SU N 330435A, G05D 7/01, 1970.
3. SU N 634242A, G05D 7/00, 1978.
4. SU N 675403A, G05D 7/01, 1979.
5. RU N 2129728 C1, G05D 7/01, 27.04.1999.