РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТАКИМ РЕГУЛЯТОРОМ
GAS PRESSURE REGULATOR AND CONTROL METHOD OF SUCH REGULATOR

Настоящее изобретение относится к регулятору давления газа, в частности, пригодному для использования в распределительной сети природного газа.
Настоящее изобретение также относится к способу управления указанным регулятором давления.
Как известно, распределительные сети природного газа содержат установки для регулирования давления, в которых давление газа снижают с давления подачи до давления поставки, определяемого параметрами потребительского оборудования.
Такое снижение давления обеспечивают при помощи регуляторов давления, назначение которых состоит в поддержании давления поставки на заранее установленном уровне независимо от величины расхода подаваемого в них природного газа.
Регулятор давления известного типа содержит канал потока природного газа, один конец которого соединен с ветвью высокого давления газораспределительной сети, а противоположный конец соединен с ветвью низкого давления, направленной к потребительскому оборудованию.
В канале потока предусмотрена задвижка, обеспечивающая сужение канала, которое приводит к перепаду между уровнями давлением газа по потоку ниже задвижки и по потоку выше задвижки.
Положение задвижки может быть изменено так, чтобы обеспечить возможность регулировки поперечного сечения сужения и, следовательно, величины перепада давления газа, в соответствии с уровнем расхода газа.
Задвижку перемещают при помощи контура обратной связи, который уменьшает степень открытия задвижки при увеличении давления подачи газа относительно значения, установленного в регуляторе, и напротив, увеличивает ее в случае уменьшения такого давления.
Указанная обратная связь основана на использовании приводной камеры, ограниченной перемещаемой стенкой, соединенной с задвижкой и прикрепленной к пружине.
Пока давление внутри приводной камеры уравновешено с усилием пружины, перемещаемая стенка остается стационарной.
В случае возмущения давления происходит перемещение перемещаемой стенки до восстановления уравновешенного состояния, приводящее к соответствующему перемещению задвижки.
В соответствии с первой известной технологией приводную камеру устанавливают с обеспечением прямого сообщения с каналом газового потока по потоку ниже задвижки, так что на перемещаемую стенку воздействует давление поставки природного газа.
Перемещаемая стенка соединена с задвижкой таким образом, что снижение давления поставки вследствие, например, увеличения расхода газа вызывает открытие задвижки, обеспечивающее восстановление исходного уровня давления.
Вышеописанный регулятор называют регулятором «прямого действия», так как на перемещаемую стенку, управляющую положением задвижки, непосредственно воздействует давление поставки природного газа.
В данном случае регулирование давления по установочному значению обеспечивают путем воздействия на натяг пружины. Очевидно, регулятор прямого действия обладает быстрой реакцией на изменения давления, поскольку задержка его работы определена только задержкой, связанной с механической инерцией компонентов регулятора и временем, необходимым для распространения возмущения давления от канала газового потока до приводной камеры.
С другой стороны, указанный регулятор прямого действия обеспечивает сравнительно невысокую точность регулирования, что связано с неравномерностью усилия, возникающего в пружине при изменении степени ее деформации.
Соответственно, давление газа, необходимое для уравновешивания усилия пружины, зависит от степени деформации пружины и, следовательно, от положения перемещаемой стенки.
Таким образом, давление поставки газа не остается постоянно равным установочному давлению, но отклоняется от него в зависимости от положения задвижки.
Другой недостаток вышеупомянутого регулятора давления прямого действия состоит в том, что он не обеспечивает возможности дистанционного изменения установочного давления.
Более того, в соответствии с требованиями безопасности такую настройку установочного давления производят путем регулировки винта, расположенного на регуляторе давления и изменяющего степень деформации пружины для изменения создаваемого ею усилия при постоянном положении задвижки.
Очевидно, отсутствие возможности дистанционной настройки установочного давления вызывает недостаток, состоящий в том, что такая настройка должна быть произведена на месте, что существенно увеличивает трудозатраты.
Вторая известная технология управления регулятором давления включает в себя использование непрямой обратной связи через управляющий модуль, который изменяет давление в приводной камере так, чтобы сохранять давление поставки природного газа на уровне, заданном в управляющем модуле.
Известные из уровня техники регуляторы, работающие в соответствии с вышеуказанной второй известной технологией, раскрыты в US 2,277,162 и US 2,042,781
По сравнению с ранее описанной системой регулятора давления такая система обладает преимуществом, состоящим в более высокой точности регулирования давления поставки газа.
Другое преимущество данного решения состоит в том, что установочное значение управляющего модуля может быть изменено дистанционно, так как к установочному модулю предъявляют менее жесткие требования безопасности, чем к регулятору давления.
Однако описанная система обладает недостатком, состоящим в том, что она имеет время реакции, большее, чем первая описанная система, поскольку в него также входит время реакции управляющего модуля.
Другой недостаток описанной системы состоит в том, что неисправность управляющего модуля приводит к невозможности регулирования давления поставки газа, что снижает надежность системы регулятора давления.
Цель настоящего изобретения состоит в устранении вышеописанных недостатков, присущих известным системам регуляторов давления.
В частности, цель настоящего изобретения состоит в предложении регулятора давления, сочетающего в себе преимущества регулятора прямого действия и управляемого регулятора.
Точнее, цель настоящего изобретения состоит в предложении регулятора давления, сочетающего в себе точность регулирования, обеспечиваемую управляемым регулятором, с быстротой реакции регулятора прямого действия.
Другая цель настоящего изобретения состоит в предложении регулятора давления, способного продолжать работу по схеме регулятора прямого действия даже в случае отказа управляющего модуля.
Другая цель настоящего изобретения состоит в предложении регулятора давления, легко преобразуемого в регулятор давления прямого действия и обратно.
Для достижения целей настоящего изобретения предлагается способ управления регулятором давления по пункту 1 формулы изобретения.
Для достижения целей настоящего изобретения также предлагается регулятор давления по пункту 6 формулы изобретения.
Признаки настоящего изобретения раскрыты более подробно в зависимых пунктах формулы изобретения.
Преимущество данного решения состоит в том, что использование управляющего модуля в сочетании с регулятором давления обеспечивает возможность дистанционного изменения установочного значения регулятора давления.
Указанные цели и преимущества, а также другие, описанные ниже, раскрыты в описании некоторых из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, приведенных в качестве примера, не накладывающего каких-либо ограничений, со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах:
- на фиг. 1 представлена схема системы регулятора давления по настоящему изобретению;
- на фиг. 2 представлен в увеличенном виде фрагмент фиг. 1.
Система регулятора давления по настоящему изобретению, в целом обозначенная на фиг. 1 ссылочным номером 15, приспособлена для использования в сетях распределения эксплуатационного газа, в частности, природного газа.
Система 15 регулятора давления содержит регулятор 1 давления указанного эксплуатационного газа.
Как более подробно показано на фиг. 2, регулятор 1 давления содержит корпус 9, ограничивающий проточный канал 2 для эксплуатационного газа, проходящий между входным патрубком 16 и выходным патрубком 17.
Регулятор 1 давления также содержит задвижку 3, установленную в проточном канале 2 так, чтобы образовывать сужение самого канала 2, вызывающее перепад давления эксплуатационного газа между давлением подачи на участке 2а, расположенном по потоку выше задвижки 3, и давлением поставки на участке 2b, расположенном по потоку ниже нее.
В частности, задвижка 3 является перемещаемой таким образом, что возможно увеличивать или уменьшать поперечное сечение указанного сужения.
Положение задвижки 3 регулируют при помощи приводной камеры 4, сообщающейся с участком 2b, расположенным по потоку ниже задвижки, в результате чего давление внутри приводной камеры равно давлению поставки.
Приводная камера 4 частично ограничена первой перемещаемой стенкой 5, предпочтительно, но не обязательно, представляющей собой упруго деформируемую мембрану.
Указанная перемещаемая стенка 5 соединена с задвижкой 3 так, что увеличение давления поставки, например, вследствие уменьшения расхода газа, требуемого потребительским оборудованием, вызывает соответствующее перемещение задвижки 3 в направлении, которое обеспечивает уменьшение поперечного сечения сужения, и наоборот.
Для этого регулятор 1 давления предпочтительно содержит упругий элемент 8, выполненный с возможностью приложения к первой перемещаемой стенке 5 заданного усилия, противодействующего воздействию давления эксплуатационного газа, присутствующего в приводной камере 4, для его уравновешивания при установочном давлении.
Преимущество данного решения состоит в том, что наличие упругого элемента 8 обеспечивает возможность регулирования указанного установочного давления путем изменения натяга упругого элемента 8.
Упругий элемент 8, предпочтительно, содержит пружину, а регулирование установочного давления регулятора 1, предпочтительно, осуществляют при помощи винта, доступного снаружи корпуса 9 и выполненного с возможностью изменения натяга указанной пружины.
Подразумевается, что вышеописанная конфигурация, в которой приводная камера 4 испытывает воздействие давления поставки, соответствует конструкции регулятора прямого действия.
Таким образом, преимущество данного решения состоит в том, что быстрота реакции регулятора 1 давления соответствует быстродействию регулятора прямого действия известного типа.
Регулятор 1 давления, предпочтительно, также содержит предохранительный клапан 20, расположенный вблизи проточного канала 2, если его использование необходимо вследствие каких-либо особых условий, например, в случае неисправности.
Таким образом, регулятор 1 давления содержит компенсационную камеру 6, отличную от приводной камеры 4 и заполненную компенсационным газом под соответствующим компенсирующим давлением.
Компенсационная камера 6 частично ограничена второй перемещаемой стенкой 7, функционально соединенной с задвижкой 3 так, что она может передавать ей силу давления, имеющуюся в компенсационной камере 6.
Компенсационная камера 6 может быть напрямую соединена с участком 2а проточного канала 2, расположенным по потоку выше задвижки 3, так, чтобы давление внутри обоих участков было одинаковым.
Указанное прямое соединение полностью аналогично соединению, используемому в регуляторах прямого действия известного типа и обеспечивающему возможность компенсировать усилие, создаваемое давлением подачи эксплуатационного газа и стремящееся открыть задвижку 3, для повышения точности регулирования.
Для этого площадь поверхности второй перемещаемой стенки 7, предпочтительно, соответствует площади поверхности задвижки 3, на которую воздействует давление подачи эксплуатационного газа, чтобы получить оптимальную компенсацию.
В соответствии с настоящим изобретением указанную компенсационную камеру 6 используют не только для компенсации воздействия эксплуатационного газа на задвижку 3, но и для управления регулятором 1 давления для обеспечения корректировки любых отклонений давления поставки от установочного давления.
Такие отклонения могут быть вызваны, например, изменениями величины усилия, прилагаемого упругим элементом 8 к первой перемещаемой стенке 5 приводной камеры 4, с изменениями положения вышеописанной задвижки 3.
Для осуществления такой корректировки внутри корпуса 9 регулятора 1 давления предусмотрен компенсационный канал 10, причем его первый конец выходит в компенсационную камеру 6, а второй конец 10а выходит из корпуса 9 наружу.
Указанный компенсационный канал 10 обеспечивает возможность изменения компенсирующего давления извне для его регулирования в соответствии с давлением поставки эксплуатационного газа так, чтобы обеспечить корректировку указанных отклонений от установочного давления.
В частности, компенсирующее давление регулируют таким образом, что, когда давление поставки превосходит установочное давление, компенсирующее давление изменяют так, чтобы вызвать смещение задвижки 3 с уменьшением поперечного сечения сужения.
Таким образом, если смещение задвижки 3, вызванное воздействием приводной камеры 4 вслед за изменением давления поставки, недостаточно для возвращения давления доставки к установочному значению, то соответствующее изменение компенсирующего давления корректирует положение задвижки 3 и, следовательно, способствует восстановлению установочного давления.
Следовательно, подразумевается, что решение согласно настоящему изобретению обеспечивает достижение цели повышения надежности регулирования системой регулятора давления по сравнению с регулятором прямого действия, в то же время сохраняя присущую ему быстроту реакции.
Компенсирующее давление предпочтительно, но не обязательно, получают при помощи дроссельного клапана 12, представленного на фиг. 1.
Дроссельный клапан 12 содержит входной патрубок 12а, соединенный с участком 2а проточного канала 2, расположенным по потоку выше задвижки 3, и выходной патрубок 12b, соединенный со вторым концом 10а компенсационного канала 10.
Дроссельный клапан 12, предпочтительно, расположен вне регулятора 1 давления, хотя в других вариантах осуществления изобретения он может быть встроен в регулятор 1 давления.
Кроме того, система 15 регулятора давления содержит управляющий модуль 14, содержащий управляющий клапан 13, степень открытия которого может быть установлена пропорционально разности между заданным управляющим давлением и давлением поставки эксплуатационного газа.
В частности, управляющий клапан 13 содержит входной патрубок 13а, соединенный с выходным патрубком 12b дроссельного клапана 12, и выходной патрубок 13b, соединенный с участком 2b проточного канала 2, расположенным по потоку ниже задвижки 3.
Управление управляющим клапаном 13, предпочтительно, осуществляет управляющая камера 18, соединенная с расположенным ниже по потоку участком 2b проточного канала 2, в результате чего в ней установлено давление поставки.
Указанная управляющая камера 18 ограничена упругой мембраной 19, которая управляет открытием управляющего клапана 13.
Упругость мембраны 19 создает усилие, противодействующее управляющему давлению и предпочтительно обеспечиваемое при помощи упругого элемента 22 и/или при помощи находящейся под давлением установочной камеры 23.
Регулирование компенсирующего давления газа осуществляют следующим образом.
Прежде всего, управляющий клапан 13 выполняют так, чтобы степень его открытия была пропорциональна разности между заданным управляющим давлением и давлением поставки.
Часть эксплуатационного газа, которая протекает из участка 2а проточного канала 2, расположенного по потоку выше задвижки 3, через управляющий клапан 13, проходит через дроссельный клапан 12 и испытывает воздействие снижения давления, пропорционального величине расхода отводимого потока.
Поскольку выходной патрубок 12b дроссельного клапана 12 соединен с компенсационной камерой 6, давление в указанной компенсационной камере соответствует давлению, существующему по потоку ниже самого дроссельного клапана 12.
Следовательно, очевидно, что чем выше расход эксплуатационного газа через управляющий клапан 13, т.е. чем ниже давление поставки относительно управляющего давления, тем ниже компенсирующее давление.
Уменьшение компенсирующего давления приводит к открытию задвижки 3, что вызывает повышение давления поставки до тех пор, пока не будут восстановлены условия, соответствующие управляющему давлению.
Таким образом, подразумевается, что управление регулятором 1 давления обеспечивает не только управляющий клапан 13, как в случае управляемых регуляторов давления известных типов.
Напротив, регулятор давления 1 продолжает работать аналогично регулятору давления прямого действия известного типа, в то время как управляющий клапан 13 лишь корректирует отклонения самого регулятора 1.
Таким образом, благодаря настоящему изобретению достигается цель обеспечения непрерывной работы регулятора 1 давления даже в случае прекращения работы управляющего клапана 13, например, вызванного неисправностью.
Действительно, в таком случае регулятор 1 давления продолжает работать в нормальном режиме в качестве регулятора прямого действия за исключением случаев изменения параметров, вызванного давлением компенсационного газа, которое, однако, не оказывает негативного влияния на работу регулятора.
Другое преимущество данного решения состоит в том, что регулятор 1 давления также может работать в отсутствие управляющего клапана 13 или при постоянно закрытом управляющем клапане 13.
Действительно, в таком случае давление в компенсационной камере 6 равно давлению поставки, так как поток, проходящий через дроссельный клапан 12, отсутствует, и, следовательно, снижения давления в этом клапане не происходит.
Данное решение обеспечивает преимущества, в частности, в случае необходимости замены управляющего клапана 13, так как такая операция не требует вывода регулятора 1 давления из эксплуатации.
Действительно, для этого достаточно прервать соединение между регулятором 1 давления и управляющим клапаном 13 при помощи средств, которые не представлены на чертежах, но известны сами по себе, например, запорных вентилей.
Система 15 регулятора давления, предпочтительно, содержит запорный вентиль 24, выполненный с возможностью прерывания соединения между выходным патрубком 13b управляющего клапана 13 и проточным каналом 2, обеспечивающего приостановку корректирующего действия управляющего клапана 13.
Преимущество данного решения состоит в том, что указанная приостановка обеспечивает возможность как первоначальной настройки параметров регулятора 1 давления, так и быстрой замены управляющего клапана 13 в случае его неисправности.
В одном из вариантов осуществления изобретения указанная приостановка может быть обеспечена при помощи клапанов, которые не представлены на чертежах, но известны сами по себе, выполненных с возможностью прерывания соединения между регулятором 1 давления и управляющим клапаном 13.
Дроссельный клапан 12, предпочтительно, содержит регулирующие средства 21, выполненные с возможностью изменения поперечного сечения самого клапана 12.
Такая регулировка позволяет изменять величину перепада давления на дроссельном клапане 12 при неизменной величине расхода газа через него, что приводит к изменению степени корректировки, применяемой к регулятору 1 давления.
В частности, уменьшение поперечного сечения дроссельного клапана 12 при сохранении других условий неизменными приводит к увеличению перепада давления в компенсационной камере 6 и, следовательно, к более значительной корректировке регулятора 1, что позволяет ускорить такую корректировку.
Ясно, что оптимальное регулирование дроссельного клапана 12 должно обеспечивать наилучшее компромиссное соотношение между указанным увеличением быстроты регулирования и стабильностью работы регулятора 1, очевидно, обратно пропорциональной быстроте регулирования.
Также очевидно, что в некоторых вариантах осуществления изобретения, например, если дроссельный клапан 12 установлен на заданное оптимальное значение еще на предприятии-изготовителе, дроссельный клапан может не содержать указанных регулирующих средств 21.
Корпус 9 регулятора 1 давления, предпочтительно, содержит канал 11 отбора, причем его первый конец соединен с участком 2а проточного канала 2, расположенным по потоку выше задвижки 3, а противоположный конец 11а выходит наружу корпуса 9.
Преимущество данного решения состоит в том, что указанный канал 11 отбора обеспечивает возможность подачи эксплуатационного газа в дроссельный клапан 12 непосредственно из регулятора 1 давления, в частности, с участка, расположенного вблизи задвижки 3, что позволяет повысить компактность системы.
Первый конец выводного канала 11, предпочтительно, расположен по потоку ниже вышеуказанного предохранительного клапана 20, так, что закрытие указанного клапана 20 прекращает прохождение эксплуатационного газа через канал 11 отбора и управляющий клапан 13.
Управляющий клапан 13, предпочтительно, но не обязательно, содержит средства управления, которые не представлены на чертежах, но известны сами по себе, выполненные с возможностью дистанционного изменения заданного управляющего давления удаленным пользователем для достижения другой цели настоящего изобретения.
Указанные средства управления предпочтительно, но не обязательно, содержат средства, предназначенные для регулирования степени сжатия указанного упругого элемента 22 и/или давления в указанной установочной камере 23 так, чтобы обеспечить изменение суммарной силы, воздействующей на упругую мембрану 19 управляющей камеры 18.
В конструкции регулятора 1 давления компенсационная камера 6, предпочтительно, установлена между приводной камерой 4 и проточным каналом 2.
Такое решение обладает тем преимуществом, что второй конец 10а компенсационного канала 10 может быть расположен вблизи второго конца 11а канала 11 отбора, что упрощает обеспечение соединения каналов 10, 11 с дроссельным клапаном 12.
Кроме того, взаимная близость двух вышеупомянутых каналов 10, 11 обеспечивает возможность их включения в единую съемную промежуточную часть 9а, образующую часть корпуса 9 и ограничивающую с одной стороны компенсационную камеру 6, а с противоположной стороны - участок 2а проточного канала 2, расположенный по потоку выше задвижки 3.
Преимущество данного решения состоит в том, что указанная съемная промежуточная часть 9а легко может быть заменена на другую промежуточную часть, не представленную на чертежах, идентичную предыдущей за исключением того, что вместо канала 11 отбора и компенсационного канала 10 она содержит канал, полностью заключенный внутри самой промежуточной части и обеспечивающий прямое соединение компенсационной камеры 6 с участком 2а проточного канала 2, расположенным по потоку выше задвижки 3.
Вышеописанная промежуточная часть обеспечивает возможность преобразования регулятора 1 давления в регулятор давления прямого действия известного типа.
Из вышеприведенного описания можно видеть, что вышеописанный регулятор давления, способ управления указанным регулятором давления и система регулятора давления, содержащая указанный регулятор давления, обеспечивают возможность достижения всех целей настоящего изобретения.
Действительно, наличие компенсационного канала компенсационной камеры обеспечивает возможность ее соединения с управляющим модулем таким образом, чтобы обеспечить корректировку любых отклонений давления, регулируемого регулятором давления, в то же время сохраняя быстроту реакции, аналогичную быстродействию регулятора давления прямого действия.
Кроме того, то обстоятельство, что управляющий модуль выполняет только корректирующую функцию, не оказывая влияния на основной регулирующий механизм регулятора давления, позволяет последнему работать в режиме регулятора давления прямого действия даже в случае неисправности управляющего модуля.
Наконец, выполнение компенсационного канала и канала отбора в составе съемной промежуточной части регулятора давления обеспечивает легкую возможность видоизменения последнего с его преобразованием в регулятор давления прямого действия и обратно.