СИСТЕМА ПОДАЧИ ГАЗА И СПОСОБ ПОДАЧИ ГАЗА
GAS SUPPLY SYSTEM AND METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системе подачи газа и способу подачи газа и более конкретно к системе подачи сжатого природного газа и способу подачи сжатого природного газа.
ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Природный газ, особенно сжатый природный газ (СПГ), как чистая энергия все больше и больше используется в качестве топлива для автомобилей. Для того чтобы заправить автомобили на СПГ топливом, требуется специальная система подачи топлива, т.е. система подачи природного газа. Такая система может быть установлена рядом с сетью трубопроводов природного газа, а также может быть установлена в месте, где нет сети трубопроводов. Система, установленная в месте без сети трубопроводов природного газа, также известна как дочерняя станция заправки природным газом.
Система подачи СПГ обычно включает устройство для хранения газа, в котором хранится СПГ, и силовое устройство для отбора газа из устройства для хранения СПГ. Когда требуется заправка газом, жидкую среду нагнетают под давлением в устройство для хранения газа с помощью силового устройства, чтобы заставить СПГ выходить из устройства для хранения газа.
Например, в патенте КНР №200520133308.X раскрыта дочерняя станция гидравлического типа для заправки автомобилей природным газом, которая включает некоторое число цилиндров, служащих в качестве устройства для хранения газа. Каждый из цилиндров снабжен исполнительным механизмом нагнетания среды и исполнительным механизмом возврата среды на одном конце и исполнительным механизмом выхода газа на другом конце. Каждый из цилиндров соединен с трубой нагнетания среды, трубой возврата среды и трубой выхода газа из системы, соответственно, через исполнительный механизм нагнетания среды, исполнительный механизм возврата среды и исполнительный механизм выхода газа из такого цилиндра. Когда требуется заправка газом, среда откачивается из резервуара насосом высокого давления, который повышает ее давление, и затем нагнетается в один из цилиндров по трубе для нагнетания среды, чтобы заставить СПГ выходить из цилиндра. В это время исполнительный механизм нагнетания среды и исполнительный механизм выхода газа из цилиндра открыты, а исполнительный механизм возврата среды закрыт. После выхода СПГ из цилиндра в определенном объеме исполнительный механизм нагнетания среды и исполнительный механизм выхода газа из цилиндра закрываются, а исполнительный механизм возврата среды открывается, так что среда в цилиндре может выходить в резервуар для хранения среды по трубе возврата среды. Одновременно вышеописанная операция нагнетания среды может быть неоднократно выполнена на втором цилиндре с использованием насоса высокого давления, чтобы обеспечить непрерывную подачу газа.
В существующей система подачи СПГ требуется наличие трех исполнительных механизмов (например, клапанов) на каждом цилиндре. Однако чем больше исполнительных механизмов имеет система, тем выше производственные издержки и больше потенциал утечки или точек неисправности в системе, что ухудшает эксплуатационную безопасность системы.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна цель изобретения заключается в том, чтобы предложить систему подачи газа для повышения эксплуатационной безопасности.
Поэтому настоящее изобретение предлагает систему подачи газа, которая включает устройство для хранения газа, силовое устройство и устройство для заправки газом. Устройство для хранения газа включает две группы цилиндров для хранения газа, причем первая группа имеет такое же число цилиндров, как и вторая группа. Каждый из цилиндров снабжен первым клапаном и вторым клапаном, соответственно, на двух концах цилиндра. Устройство для хранения газа, кроме того, включает первый трубопровод для среды, второй трубопровод для среды и трубопровод для выхода газа. Все цилиндры соединены с трубопроводом для выхода газа через их соответственные вторые клапаны. Каждый цилиндр в первой группе соединен с первым трубопроводом для среды через его первый клапан, а каждый цилиндр второй группы соединен с вторым трубопроводом для среды через его первый клапан. Силовое устройство включает резервуар для хранения среды, насос для подачи среды из резервуара в устройство для хранения газа и соединительный трубопровод для среды. Соединительный трубопровод для среды включает коллектор с реверсирующими клапанами, трубу для нагнетания среды, подсоединенную между коллектором с реверсирующими клапанами и выходным каналом насоса, и трубу возврата среды, подсоединенную между коллекторами с реверсирующими клапанами и каналом для возврата среды в резервуар и снабженную главным регулирующим клапаном возврата среды. Этот коллектор с реверсирующими клапанами включают: первую вспомогательную трубу для нагнетания среды, подсоединенную между трубой для нагнетания среды и первым трубопроводом для среды и снабженную первым регулирующим клапаном для нагнетания среды; вторую вспомогательную трубу для нагнетания среды, подсоединенную между трубой для нагнетания среды и вторым трубопроводом для среды и снабженную вторым регулирующим клапаном для нагнетания среды; первую вспомогательную трубу для возврата среды, подсоединенную между трубой возврата среды и первым трубопроводом для среды и снабженную первым регулирующим клапаном для возврата среды; и вторую вспомогательную трубу для возврата среды, подсоединенную между трубой возврата среды и вторым трубопроводом для среды и снабженную вторым регулирующим клапаном для возврата среды. Устройство для заправки газом включает по меньшей мере одно раздаточное устройство, которое соединено с трубопроводом для выхода газа устройства для хранения газа и предназначенное для выдачи газа на внешнее устройство. Первый клапан, второй клапан и регулирующие клапаны, соответственно, могут переключаться между открытым состоянием и закрытым состоянием.
Согласно одному аспекту изобретения первый регулирующий клапан для нагнетания среды и второй регулирующий клапан для возврата среды установлены в одну группу, а второй регулирующий клапан для нагнетания среды и первый регулирующий клапан для возврата среды установлены в другую группу, причем упомянутые регулирующие клапаны настроены так, что регулирующие клапаны разных групп не могут быть открыты одновременно.
Согласно еще одному аспекту изобретения, по меньшей мере один из регулирующих клапанов является пневматическим шаровым клапаном, управляемым пневмоприводом.
Согласно еще одному аспекту изобретения пневмопривод может быть пневмоприводом двустороннего действия, включающим корпус; поворотный соединительный вал, два поршня, движущиеся относительно корпуса, которые расположены на двух сторонах соединительного вала, соответственно, причем каждый из поршней имеет приводной элемент, проходящий к соединительному валу и соединенный с ним, первую камеру, определенную между двумя поршнями и корпусом, вторую камеру, определенную между двумя поршнями, и первое отверстие и второе отверстие, выполненные в корпусе и, соответственно, связанные с первой камерой и второй камерой. Соединительный вал предназначен для соединения с пневматическим шаровым клапаном таким образом, чтобы, когда два поршня подойдут близко друг к другу, соединительный вал повернулся в первом направлении, чтобы закрыть пневматический шаровой клапан, и, когда два поршня отойдут друг от друга, соединительный вал повернулся во втором направлении, чтобы открыть пневматический шаровой клапан.
Согласно еще одному аспекту изобретения пневмопривод двустороннего действия может быть соединен с трубой подачи сжатого воздуха через двухпозиционный пятиходовой электромагнитный клапан. Двухпозиционный пятиходовой электромагнитный клапан имеет канал подачи воздуха (Р) для сообщения с трубой подачи сжатого воздуха, первый канал (А) и второй канал (В) для сообщения, соответственно, с первым отверстием и вторым отверстием пневмопривода, первый канал сброса давления (R) выбран для сообщения с первым каналом (А), и второй канал сброса давления (S) выбран для сообщения с вторым каналом (В). Когда на двухпозиционный пятиходовой электромагнитный клапан не поступает электропитание, первый канал сообщается с каналом подачи воздуха, а второй канал сообщается с вторым каналом сброса давления. Когда на двухпозиционный пятиходовой электромагнитный клапан поступает электропитание, второй канал сообщается с каналом подачи воздуха, а первый канал сообщается с первым каналом сброса давления.
Согласно еще одному аспекту изобретения первая камера пневмопривода двустороннего действия может быть снабжена пружинами для смещения двух поршней к соединительному валу, соответственно.
Согласно еще одному аспекту изобретения пневматический шаровой клапан может быть пневмоприводом одностороннего действия, включающим: корпус, поворотный соединительный вал, два поршня, движущиеся относительно корпуса и, соответственно, расположенные на двух сторонах соединительного вала, причем каждый из поршней имеет приводной элемент, проходящий к соединительному валу и соединенный с ним, первую камеру, определенную между двумя поршнями и корпусом, вторую камеру, определенную между двумя поршнями, и пружины, расположенные в первой камере, для смещения двух поршней к соединительному валу, соответственно, и первое отверстие и второе отверстие, выполненные в корпусе и, соответственно, сообщающиеся с первой камерой и второй камерой. Соединительный вал предназначен для соединения с пневматическим шаровым клапаном таким образом, чтобы, когда два поршня подойдут близко друг к другу, соединительный вал повернулся в первом направлении, чтобы закрыть пневматический шаровой клапан, и когда два поршня отойдут друг от друга, соединительный вал повернулся во втором направлении, чтобы открыть пневматический шаровой клапан.
Согласно еще одному аспекту изобретения пневмопривод одностороннего действия может быть соединен с трубой подачи сжатого воздуха через двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан. Двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан имеет канал подачи воздуха (РР) для сообщения с трубой подачи сжатого воздуха, рабочий канал (АА) для сообщения с вторым отверстием пневмопривода, канал сброса давления (Т), выбранный для сообщения с рабочим каналом. Когда на двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан не поступает электропитание, рабочий канал сообщается с каналом сброса давления. Когда на двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан поступает электропитание, рабочий канал сообщается с каналом подачи воздуха.
Согласно еще одному аспекту изобретения главный регулирующий клапан возврата среды может состоять из пневматического шарового клапана, управляемого пневмоприводом двустороннего действия.
Согласно еще одному аспекту изобретения каждый из регулирующих клапанов в коллекторах с реверсирующими клапанами может состоять из пневматического шарового клапана, управляемого пневмоприводом одностороннего действия.
Согласно еще одному аспекту изобретения насос может быть соединен с трубой для нагнетания среды через корпус регулирующего клапана. Корпус регулирующего клапана включает входной канал для сообщения с насосом, первый выходной канал для сообщения с трубой для нагнетания среды и второй выходной канал для сообщения с резервуаром. Входной канал может быть выбран для сообщения с одним из первого выходного канала и второго выходного канала. Когда входной канал сообщается с вторым выходным каналом, насос находится в нерабочем состоянии, и когда входной канал сообщается с первым выходным каналом, насос находится в состоянии работы под нагрузкой.
Согласно еще одному аспекту изобретения корпус регулирующего клапана снабжен датчиком давления для детектирования давления среды, проходящей через корпус регулирующего клапана.
Согласно еще одному аспекту изобретения устройство для заправки газом может также включать резервуар для хранения газа. Раздаточное устройство соединено с трубопроводом для выхода газа устройства для хранения газа через резервуар для хранения газа.
еще одному аспекту изобретения, газ может быть сжатым природным газом.
Согласно еще одному аспекту изобретения резервуар может быть снабжен датчиком уровня среды для детектирования уровня среды в резервуаре. Резервуар также может быть снабжен дифференциальным реле давления для детектирования внутреннего давления в резервуаре.
Еще одна цель изобретения заключается в том, чтобы предложить способ подачи газа, чтобы способствовать безопасности операции выхода газа.
Поэтому настоящее изобретение предлагает способ подачи газа, который включает: наличие системы подачи газа, которая описана выше, выполнение операции нагнетания среды и выхода газа поочередно на цилиндре первой группы и цилиндре второй группы; и для каждого цилиндра, после того как операции нагнетания среды и выхода газа на нем будут завершены, выполнение операции возврата среды на этом же цилиндре. Упомянутые операции нагнетания среды и выхода газа включают нагнетание среды из резервуара в цилиндр по одному, соответствующему, из первого и второго трубопроводов для среды и через первый клапан упомянутого цилиндра, так что газ в цилиндре выталкивается нагнетаемой средой и выходит из цилиндра через второй клапан упомянутого цилиндра. Вышедший газ затем передается в устройство для заправки газом по трубопроводу выхода газа. Коллектор с реверсирующими клапанами выполнен таким образом, чтобы во время операции нагнетания среды и выхода газа на цилиндре первой группы первый регулирующий клапан для нагнетания среды и второй регулирующий клапан для возврата среды были открыты, а второй регулирующий клапан для нагнетания среды и первый регулирующий клапан для возврата среды были закрыты, и во время операции нагнетания среды и выхода газа на цилиндре второй группы второй регулирующий клапан для нагнетания среды и первый регулирующий клапан для возврата среды были открыты, а первый регулирующий клапан для нагнетания среды и второй регулирующий клапан для возврата среды были закрыты. Упомянутая операция возврата среды включает возврат среды из цилиндра в резервуар через первый клапан упомянутого цилиндра и по одному, соответствующему, из первого и второго трубопроводов для среды. Главный регулирующий клапан возврата среды на трубе возврата среды открыт во время операции возврата среды и закрыт, когда операция возврата среды завершена. Первый и второй клапаны цилиндра при операциях нагнетания среды и выхода газа открыты. При операции возврата среды первый клапан цилиндра открыт и второй клапан цилиндра закрыт. Когда ни одна из упомянутых операции не выполняется, первый и второй клапаны цилиндра закрыты.
Согласно еще одному аспекту изобретения способ подачи газа также может включать: детектирование уменьшения среды в резервуаре во время операции нагнетания среды и выхода газа и прекращение операции нагнетания среды и выхода газа, когда выявленное уменьшение достигнет заданного значения.
Согласно еще одному аспекту изобретения способ подачи газа может, кроме того, включать: детектирование внутреннего давления в резервуаре во время операции возврата среды и прекращение операции возврата среды, когда выявленное внутреннее давление повысится до заданного значения давления.
Согласно еще одному аспекту изобретения время продолжительности операции нагнетания среды и выхода газа больше, чем время продолжительности операции возврата среды.
Согласно еще одному аспекту изобретения способ подачи газа может, кроме того, включать: во время выполнения операции возврата среды на цилиндре в одной из первой и второй групп начало операции нагнетания среды и выхода газа на цилиндре в другой одной из первой и второй групп.
Согласно еще одному аспекту изобретения способ подачи газа может, кроме того, включать наличие корпуса регулирующего клапана между насосом и трубой для нагнетания среды. Корпус регулирующего клапана включает входной канал для сообщения с насосом, первый выходной канал для сообщения с трубой для нагнетания среды, и второй выходной канал для сообщения с резервуаром. Входной канал может быть выбран для сообщения с одним из первого выходного канала и второго выходного канала, так что, когда входной канал сообщается с вторым выходным каналом, насос находится в нерабочем состоянии, и когда входной канал сообщается с первым выходным каналом, насос находится в состоянии работы под нагрузкой.
Согласно еще одному аспекту изобретения способ подачи газа может, кроме того, включать: установку насоса в нерабочее состояние, когда насос только что запущен, и переключение насоса в состояние работы под нагрузкой, когда насос работает стабильно.
Согласно еще одному аспекту изобретения способ подачи газа может, кроме того, включать: детектирование давления среды, проходящей через корпус регулирующего клапана, переключение насоса в нерабочее состояние, когда выявленное давление достигнет или превысит первое заданное давление, и переключение насоса в состояние работы под нагрузкой, когда выявленное давление ниже, чем второе заданное давление. Первое заданное давление выше, чем второе заданное давление.
Согласно еще одному аспекту изобретения способ подачи газа может, кроме того, включать: переключение насоса в нерабочее состояние на заданное время, когда выявленное давление среды, проходящей через корпус регулирующего клапана, достигнет или превысит первое заданное значение давления, и останов насоса, если упомянутое выявленное давление не ниже второго значения давления во время упомянутого заданного времени.
Согласно еще одному аспекту изобретения способ подачи газа может, кроме того, включать: переключение насоса в нерабочее состояние, когда операции нагнетания среды и выхода газа, выполняемые на одном цилиндре, завершены, изменение состояний двух групп регулирующих клапанов в коллекторе с реверсирующими клапанами при нерабочем состоянии насоса, при этом первый регулирующий клапан для нагнетания среды и второй регулирующий клапан для возврата среды установлены в одну группу, а второй регулирующий клапан для нагнетания среды и первый регулирующий клапан для возврата среды установлены в другую группу, и, после того как насос будет находиться в нерабочем состоянии в течение заданного времени, переключение насоса в состояние работы под нагрузкой и открывание первого клапана и второго клапана следующего цилиндра, на котором будут выполнены операции нагнетания среды и выхода газа.
В системе подачи газа изобретения каждый цилиндр в устройстве для хранения газа снабжен только двумя клапанами. По сравнению с известной системой подачи газа, число клапанов в устройстве для хранения газа значительно уменьшено согласно изобретению. Таким образом стоимость производства системы согласно изобретению снижена, возможность утечки и/или возникновения неисправности снижена и безопасность при эксплуатации повышена.
Согласно изобретению, после того как операция возврата среды будет завершена, можно предотвратить возврат природного газа, оставшегося в цилиндре, в резервуар для хранения среды путем закрывания главного регулирующего клапана возврата среды, так что можно избежать риска чрезмерно высокого внутреннего давления в резервуаре для хранения среды из-за давления сжатого природного газа.
Далее изобретение будет описано подробно в связи с прилагаемыми чертежами и предпочтительные варианты осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - схематический вид системы подачи газа согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг. 2 - увеличенный вид коллектора с реверсирующими клапанами с Фиг. 1;
Фиг. 3 - увеличенный схематический вид главного регулирующего клапана возврата среды с Фиг. 1;
Фиг. 4А и Фиг. 4В - схематические виды конструкции пневмопривода двустороннего действия согласно одному варианту осуществления изобретения, показывающие, соответственно, пневмопривод двустороннего действия с отключенным и включенным электропитанием; и
Фиг. 5А и Фиг. 5В - схематические виды конструкции пневмопривода одностороннего действия согласно одному варианту осуществления изобретения, показывающие, соответственно, пневмопривод одностороннего действия с отключенным и включенным электропитанием.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Теперь изобретение будет описано подробно на приведенных ниже иллюстративных вариантах осуществления. Однако следует понимать, что любой элемент, конструкция или признак в любом варианте осуществления может быть для удобства введен в другие варианты осуществления без дальнейшего указания фактов.
Следует также понимать что термин ″включает/включающий″, когда он использован в описании изобретения, понимается как определяющий присутствие указанных признаков, целых чисел, этапов или компонентов, но не исключает присутствия или добавления одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов или компонентов или их групп.
На Фиг. 1 показана система подачи газа 100 согласно одному варианту осуществления изобретения, которая включает устройство для хранения газа 10, такого как сжатый природный газ (СПГ), силовое устройство 20 для подачи среды под давлением, требуемой для выхода газа из устройства для хранения газа 10, и устройство для заправки газом 90 для подачи газа, вышедшего из устройства для хранения газа 10, на внешнее устройство, такое как автомобиль, работающий на СПГ и т.д.
Устройство для хранения газа 10 включает две группы цилиндров для хранения СПГ, причем первая группа G1 имеет такое же число цилиндров, что и вторая группа G2, например, обе группы имеют по два цилиндра, как показано на Фиг. 1. Однако следует понимать, что согласно изобретению нельзя исключать другое число цилиндров, например один или больше чем два, в каждой группе. Устройство для хранения газа 10, кроме того, включает первый трубопровод для среды 11, второй трубопровод для среды 12 и трубопровод для выхода газа 13. Каждый из цилиндров (например 14, 15, 16 и 17 на Фиг. 1) устройства для хранения газа 10 снабжен на его двух концах, соответственно, первым клапаном (клапан для среды), позволяющим среде входить в цилиндр и выходить из цилиндра, и вторым клапаном (клапан для газа), позволяющим газу выходить из цилиндра. Цилиндры 14, 15 первой группы G1 соединены с первым трубопроводом для среды 11, соответственно, через их соответствующие клапаны для среды 14а, 15а, а цилиндры 16, 17 второй группы G2 соединены с вторым трубопроводом для среды 12, соответственно, через их соответствующие клапаны для среды 16а, 17а. Все цилиндры 14, 15, 16 и 17 соединены с трубопроводом для выхода газа 13, соответственно, через их соответствующие клапаны для газа 14b, 15b, 16b и 17b. Соответствующие клапаны для среды и соответствующие клапаны для газа цилиндров могут переключаться под управлением между открытым состоянием и закрытым состоянием.
Устройство для заправки газом 90 включает одно или больше раздаточных устройств 91 для подачи СПГ на внешние устройства, причем каждое из раздаточных устройств 91 соединено с трубопроводом для выхода газа 13 устройства для хранения газа 10, соответственно.
Силовое устройство 20 включает резервуар 21 для хранения среды, например жидкой среды, такой как нефть, насос 22 для подачи среды из резервуара 21 в устройство для хранения газа 10 и соединительный трубопровод для среды 23. Соединительный трубопровод для среды 23 включает коллектор с реверсирующими клапанами 24, трубу для нагнетания среды 25, подсоединенную между коллектором с реверсирующими клапанами 24 и выходным каналом 221 насоса 22, и трубу возврата среды 26, подсоединенную между коллектором с реверсирующими клапанами 24 и каналом для возврата среды 212 резервуара 21. Входной канал 222 насоса 22 соединен с каналом выхода среды 211 резервуара 21 посредством трубы 27. Труба возврата среды 26 снабжена главным регулирующим клапаном возврата среды 28, который может переключаться в открытое состояние и закрытое состояние.
Со ссылкой на Фиг. 2, коллектор с реверсирующими клапанами 24 включает первую вспомогательную трубу для нагнетания среды 31, подсоединенную между первым трубопроводом для среды 11 устройства для хранения газа 10 и трубой для нагнетания среды 25, вторую вспомогательную трубу для нагнетания среды 32, подсоединенную между вторым трубопроводом для среды 12 устройства для хранения газа 10 и трубой для нагнетания среды 25, первую вспомогательную трубу для возврата среды 33, подсоединенную между первым трубопроводом для среды 11 и трубой возврата среды 26, и вторую вспомогательную трубу для возврата среды 34, подсоединенную между вторым трубопроводом для среды 12 и трубой возврата среды 26. Первая вспомогательная труба для нагнетания среды 31 снабжена первым регулирующим клапаном для нагнетания среды 31а. Вторая вспомогательная труба для нагнетания среды 32 снабжена вторым регулирующим клапаном для нагнетания среды 32а. Первая вспомогательная труба для возврата среды 33 снабжена первым регулирующим клапаном для возврата среды 33а. Вторая вспомогательная труба для возврата среды 34 снабжена вторым регулирующим клапаном для возврата среды 34а. Каждым из регулирующих клапанов в коллекторе с реверсирующими клапанами 24 можно отдельно управлять для переключения в открытое состояние или закрытое состояние. Поэтому путем правильной установки состояний четырех регулирующих клапанов в коллекторе с реверсирующими клапанами 24 направлениями потоков сред в первом трубопроводе для среды 11 и втором трубопроводе для среды 12 можно управлять, так что СПГ можно получать из первой и второй групп цилиндров поочередно.
Способ подачи газа согласно изобретению включает выполнение операции нагнетания среды и выхода газа поочередно на цилиндре первой группы G1 и цилиндре второй группы G2 и для каждого цилиндра, после того как упомянутая операция нагнетания среды и выхода газа будет завершена, выполнение операции возврата среды на этом же цилиндре. Если взять цилиндр 15 в качестве примера, то операция нагнетания среды и выхода газа включает нагнетание среды из резервуара 21 в цилиндр 15 по одному соответствующему из первого и второго трубопроводов для среды 11, 12 (здесь, первый трубопровод для среды 11) и через клапан для среды 15а цилиндра 15 и выход газа (например, СПГ) из цилиндра 15. Вышедший СПГ может быть подан в устройство для заправки газом 90 через клапан для газа 15b цилиндра 15 и по трубопроводу для выхода газа 13. Во время операции нагнетания среды и выхода газа на цилиндре первой группы G1 первый регулирующий клапан для нагнетания среды 31а и второй регулирующий клапан для возврата среды 34а коллектора с реверсирующими клапанами 24 установлены в открытое состояние, а второй регулирующий клапан для нагнетания среды 32а и первый регулирующий клапан для возврата среды 33а коллектора с реверсирующими клапанами 24 установлены в закрытое состояние. Во время операции нагнетания среды и выхода газа на цилиндре второй группы G2 второй регулирующий клапан для нагнетания среды 32а и первый регулирующий клапан для возврата среды 33а установлены в открытое состояние, а первый регулирующий клапан для нагнетания среды 31а и второй регулирующий клапан для возврата среды 34а установлены в закрытое состояние. Если взять цилиндр 16 в качестве примера, операция возврата среды включает возврат среды из цилиндра 16 обратно в резервуар 21 через клапан для среды 16а цилиндра 16 и один, соответствующий, из первого и второго трубопроводов для среды 11, 12 (здесь, второй трубопровод для среды 12). Главный регулирующий клапан возврата среды 28 на трубе возврата среды 26 должен быть в открытом состоянии во время операции возврата среды и в закрытом состоянии, когда упомянутая операция возврата среды будет завершена.
В частности, когда необходимо получить СПГ из первой группы G1 цилиндров, операция нагнетания среды и выхода газа выполняется на цилиндре первой группы G1. В это время коллектор с реверсирующими клапанами 24 должен быть настроен так, чтобы первый регулирующий клапан для нагнетания среды 31а и второй регулирующий клапан для возврата среды 34а были открыты, а второй регулирующий клапан для нагнетания среды 32а и первый регулирующий клапан для возврата среды 33а были закрыты, так что среда, откачиваемая из резервуара 21 и насосом 22 может быть подана под давлением в первый трубопровод для среды 11 по трубе для нагнетания среды 25 и первой вспомогательной трубе для нагнетания среды 31 коллектора с реверсирующими клапанами 24, выталкивая оттуда СПГ из цилиндра первой группы G1. Следовательно, устройство для заправки газом 90 может получать СПГ из цилиндра первой группы G1. В то же время, когда операция нагнетания среды и выхода газа выполняется на цилиндре первой группы G1, операция возврата среды может быть выполнена на цилиндре второй группы G2, на котором операция нагнетания среды и выхода газа уже завершена, так что среда из упомянутого цилиндра второй группы может возвращаться в резервуар 21 по второму трубопроводу для среды 12, второй вспомогательной трубе для возврата среды 34 коллектора с реверсирующими клапанами 24 и трубе возврата среды 26.
Подобно этому, когда необходимо получить СПГ из второй группы G2 цилиндров, операция нагнетания среды и выхода газа выполняется на цилиндре второй группы G2. В это время коллектор с реверсирующими клапанами 24 настроен так, чтобы второй регулирующий клапан для нагнетания среды 32а и первый регулирующий клапан для возврата среды 33а были открыты, а первый регулирующий клапан для нагнетания среды 31а и второй регулирующий клапан для возврата среды 34а были закрыты, так что среда, откачиваемая насосом 22 может быть подана под давлением во второй трубопровод для среды 12 по трубе для нагнетания среды 25 и второй вспомогательной трубе для нагнетания среды 32 коллектора с реверсирующими клапанами 24, выталкивая СПГ из упомянутого цилиндра второй группы G2. Следовательно, устройство для заправки газом 90 может получать СПГ из цилиндра второй группы G2. В то же время, когда операция нагнетания среды и выхода газа выполняется на цилиндре второй группы G2, операция возврата среды может быть выполнена на цилиндре первой группы G1, на котором операция нагнетания среды и выхода газа уже завершена, так что среда из упомянутого цилиндра первой группы может возвращаться в резервуар 21 по первому трубопроводу для среды 11, первой вспомогательной трубе для возврата среды 33 коллектора с реверсирующими клапанами 24 и трубе возврата среды 26.
Предпочтительно, первый регулирующий клапан для нагнетания среды 31а и второй регулирующий клапан для возврата среды 34а установлены в одну группу, а второй регулирующий клапан для нагнетания среды 32а и первый регулирующий клапан для возврата среды 33а установлены в другую группу. Коллектор с реверсирующими клапанами 24 настроен так, что его регулирующие клапаны в разных группах не могут быть открыты одновременно, чтобы обеспечить эксплуатационную безопасность коллектора с реверсирующими клапанами 24.
Путем изменения состояний двух групп регулирующих клапанов в коллекторе с реверсирующими клапанами 24 можно получать СПГ поочередно из цилиндра первой группы G1 и цилиндра второй группы G2, так что СПГ может непрерывно выходить из устройства для хранения газа 10 и затем подаваться в устройство для заправки газом 90 по трубопроводу выхода газа 13 и на внешнее устройство через раздаточное устройство 91. Поэтому система подачи газа 100 согласно изобретению способна непрерывно подавать СПГ на внешнее устройство.
У цилиндра в операции нагнетания среды и выхода газа клапан для среды и клапан для газа установлены в открытое состояние. У цилиндра в операции возврата среды клапан для среды установлен в открытое состояние, а клапан для газа установлен в закрытое состояние. У других цилиндров, на которых эти операции не выполняются, клапаны для среды и клапан для газа установлены в закрытое состояние. В общем, скорость возврата среды из цилиндра обратно в резервуар 21 больше, чем скорость нагнетания среды в цилиндр. Поэтому операция возврата среды завершается быстрее, чем операция нагнетания среды и выхода газа. Таким образом, путем закрывания главного регулирующего клапана возврата среды 28 сразу же после завершения операции возврата среды можно предотвратить утечку в трубопровод остаточного СПГ в цилиндре и/или возврат СПГ в резервуар 21 для хранения среды, так что можно избежать риска чрезмерного внутреннего давления в резервуаре 21 из-за высокого давления СПГ. Главный регулирующий клапан возврата среды 28 может быть снова открыт, когда начнется следующая операция возврата среды.
В системе подачи газа изобретения каждый цилиндр в устройстве для хранения газа 10 снабжен только двумя клапанами. По сравнению с известной системой подачи газа, число клапанов в устройстве для хранения газа значительно уменьшено согласно изобретению. Таким образом, стоимость производства системы согласно изобретению снижена, возможность утечки и/или возникновения неисправности снижена и эксплуатационная безопасность повышена.
В одном варианте осуществления изобретения датчик уровня среды 213 или ему подобный может быть установлен на резервуар 21 для детектирования уровня среды в резервуаре 21, посредством чего можно узнавать изменение среды в резервуаре 21 во время эксплуатации системы 100. Например, уменьшение среды в резервуаре 21 во время операции нагнетания среды и выхода газа можно детектировать посредством датчика уровня среды 213. Сигнал о прекращении нагнетания среды может быть подан, когда величина такого уменьшения достигнет заданного значения (например, 95% от объема цилиндра). Операция нагнетания среды и выхода газа будет прекращена по сигналу о прекращении нагнетания среды.
Во время операции нагнетания среды и выхода газа СПГ в цилиндре может быть растворен в среде или смешан со средой, нагнетаемой в такой цилиндр в большей или меньшей степени. Поэтому во время операции возврата среды небольшой объем СПГ может попасть в резервуар 21 вместе с возвращаемой средой. После того как СПГ поступит в резервуар, внутреннее давление резервуара значительно и быстро повысится из-за высокого давления СПГ, даже в случае, когда объем СПГ, попавший в резервуар 21, очень мал. В одном примере изобретения резервуар 21 может быть снабжен дифференциальным реле давления 215, чтобы детектировать внутреннее давление в резервуаре 21 и отправлять сигнал о прекращении возврата среды, когда выявленное давление повысится и достигнет заданного значения (например, больше атмосферного давления на 1,2 кПа). По сигналу о прекращении возврата среды главный регулирующий клапан возврата среды 28 будет закрыт, чтобы прекратить операцию возврата среды, что поможет избежать внезапного увеличения давления в резервуаре 21. Предпочтительно, резервуар 21, кроме того, может быть снабжен предохранительной выпускной трубой. Если внутреннее давление в резервуаре 21 будет чрезмерно высоким, предохранительная выпускная труба может быть открыта для выхода природного газа из резервуара 21 и, следовательно, поддержания внутреннего давления в резервуаре 21 на нормальном уровне или в пределах заданного диапазона.
Следует понимать, что главный регулирующий клапан возврата среды 28, первый регулирующий клапан для нагнетания среды 31а, второй регулирующий клапан для нагнетания среды 32а, первый регулирующий клапан для возврата среды 33а и второй регулирующий клапан для возврата среды 34а могут быть клапанами любого подходящего типа, соответственно, такими как электромагнитные клапаны, пневматические клапаны и т.д. Предпочтительно, по меньшей мере один из этих регулирующих клапанов является пневматическим шаровым клапаном управляемым пневмоприводом. Более предпочтительно, все регулирующие клапаны системы 100 являются пневматическими шаровыми клапанами, поскольку пневматический шаровой клапан способен не допустить внезапного открывания из-за давления в трубопроводе, так что безопасность системы может быть повышена. Как сказано выше, СПГ в цилиндре может быть растворен в среде или смешан со средой в определенном объеме и поступать в резервуар 21 из трубопроводов вместе с возвратной средой. Поэтому проблема в том, что давление в трубопроводах, по которым протекает среда, также может быть чрезмерно высоким из-за возможного испарения СПГ. Когда внутреннее давление в трубопроводе чрезмерно высокое, существует риск внезапного открывания электромагнитного клапана. Однако пневматический шаровой клапан с пневмоприводом такой проблемы не испытывает. Поэтому эксплуатационная безопасность и надежность управления системой подачи газа изобретения могут быть повышены при выборе пневматических шаровых клапанов в качестве регулирующих клапанов, расположенных в трубопроводах системы. Предпочтительно, предохранительные выпускные трубы также могут быть установлены на трубопроводах, по которым протекает среда. Устройства контроля, такие как манометры, могут быть предпочтительно применены для контроля давления в трубопроводах. Когда контролируемое давление чрезмерно высокое, соответствующая предохранительная выпускная труба открывается для сброса давления в соответствующем трубопроводе.
Как показано на Фиг. 3, в одном примере изобретения главный регулирующий клапан возврата среды 28 может быть пневматическим шаровым клапаном, работающим под управлением пневмопривода двустороннего действия 40. Со ссылкой на Фиг. 4А и Фиг. 4В, пневмопривод двустороннего действия 40 согласно одному варианту осуществления изобретения включает корпус 41, поворотный соединительный вал 42 и два поршня 43, движущиеся относительно корпуса 41. Два поршня 43 соответственно расположены на двух сторонах соединительного вала 42, причем каждый из них имеет приводной элемент 44, проходящий к соединительному валу 42 и соединенный с ним. Поэтому, когда поршни 43 движутся, приводные элементы 44 вращают соединительный вал 42. Соединительный вал 42 предназначен для соединения с пневматическим шаровым клапаном. Когда два поршня 43 движутся друг к другу, как показано на Фиг. 4А, соединительный вал 42 поворачивается в первом направлении (например, по часовой стрелке), чтобы закрыть пневматический шаровой клапан. Когда два поршня 43 движутся друг от друга, как показано на Фиг. 4В, соединительный вал 42 поворачивается во втором направлении (например, против часовой стрелки), чтобы открыть пневматический шаровой клапан. Первая камера 45 определена между поршнями 43 и корпусом 41, а вторая камера 46 определена между двумя поршнями 43. Корпус 41 снабжен первым отверстием 411, сообщающимся с первой камерой 45, и вторым отверстием 412, сообщающимся с второй камерой 46.
Сжатый воздух для работы пневмопривода двустороннего действия 40 может быть подан в привод 40 из трубы подачи сжатого воздуха (не показана) через, например, двухпозиционный пятиходовой электромагнитный клапан 50. Как показано на Фиг. 3, электромагнитный клапан 50 имеет канал подачи воздуха Р для сообщения с трубой подачи сжатого воздуха, первый канал А и второй канал В для, соответственно, сообщения с первым отверстием 411 и вторым отверстием 412 пневмопривода 40, первый канал сброса давления R выбран для сообщения с первым каналом А, и второй канал сброса давления S выбран для сообщения с вторым каналом В.
Когда на электромагнитный клапан 50 не поступает электропитание, первый канал А сообщается с каналом подачи воздуха Р, а второй канал В сообщается с вторым каналом сброса давления S. В этом состоянии сжатый воздух из трубы подачи сжатого воздуха может поступать в первую камеру 45 пневмопривода 40 через первый канал А электромагнитного клапана 50 и первое отверстие 411 пневмопривода 40, чтобы заставить два поршня 43 двигаться друг к другу, чтобы закрыть пневматический шаровой клапан. В это время воздух во второй камере 46 пневмопривода 40 может выходить из нее через второе отверстие 412 и затем проходить через второй канал В электромагнитного клапана 50 и выходить через второй канал сброса давления S электромагнитного клапана 50, что помогает избежать блокирования закрывания шарового клапана давлением воздуха во второй камере 46.
Когда на электромагнитный клапан 50 поступает электропитание, второй канал В сообщается с каналом подачи воздуха Р, а первый канал А сообщается с первым каналом сброса давления R. В этом состоянии сжатый воздух из трубы подачи сжатого воздуха может поступать во вторую камеру 46 пневмопривода 40 через второй канал В электромагнитного клапана 50 и второе отверстие 412 пневмопривода 40, чтобы заставить два поршня 43 двигаться друг от друга, чтобы открыть пневматический шаровой клапан. В это время воздух в первой камере 45 пневмопривода 40 может выходить из нее через первое отверстие 411 и затем проходить через первый канал А электромагнитного клапана 50 и выходить через первый канал сброса давления R электромагнитного клапана 50. Следует понимать, что согласно изобретению пневмопривод 40, а также электромагнитный клапан 50 для работы упомянутого пневмопривода могут иметь другую подходящую конструкцию.
Как показано на Фиг. 2, в одном примере изобретения один или несколько регулирующих клапанов 31а, 32а, 33а и 34а в коллекторе с реверсирующими клапанами 24 могут быть пневматическими шаровыми клапанами, работающими под управлением пневмопривода одностороннего действия 60. Со ссылкой на Фиг. 5А и Фиг. 5В, пневмопривод одностороннего действия 60 включает корпус 61, поворотный соединительный вал 62, и два поршня 63, движущиеся относительно корпуса 61. Два поршня 63 соответственно расположены на двух сторонах соединительного вала 62, причем каждый из них имеет приводной элемент 64, проходящий к соединительному валу 62 и соединенный с ним. Поэтому, когда поршни 63 движутся, приводные элементы 64 вращают соединительный вал 62. Соединительный вал 62 предназначен для соединения с пневматическим шаровым клапаном. Когда два поршня 63 движутся друг к другу, как показано на Фиг. 5А, соединительный вал 62 поворачивается в первом направлении (например, по часовой стрелке), чтобы закрыть пневматический шаровой клапан. Когда два поршня 63 движутся друг от друга, как показано на Фиг. 5В, соединительный вал 62 поворачивается во втором направлении (например, против часовой стрелки), чтобы открыть пневматический шаровой клапан. Первая камера 65 определена между поршнями 63 и корпусом 61, а вторая камера 66 определена между двумя поршнями 63. Пружины 67 расположены в первой камере 65 для смещения двух поршней 63 к соединительному валу 62, соответственно. Корпус 61 снабжен первым отверстием 611, сообщающимся с первой камерой 65, и вторым отверстием 612, сообщающимся с второй камерой 66.
Сжатый воздух для работы пневмопривода одностороннего действия 60 может быть подан в привод 60 из трубы подачи сжатого воздуха (не показана) через, например, двухпозиционный трехходовой электромагнитный клапан 70. Как показано на Фиг. 2, электромагнитный клапан 70 имеет канал подачи воздуха РР для сообщения с трубой подачи сжатого воздуха, рабочий канал АА для сообщения с вторым отверстием 612 пневмопривода 60, и канал сброса давления Т выбран для сообщения с рабочим каналом АА.
Когда на электромагнитный клапан 70 не поступает электропитание, рабочий канал АА сообщается с каналом сброса давления Т, так что воздух во второй камере 66 пневмопривода 60 может выходить из нее через второе отверстие 612 и затем проходить через рабочий канал АА электромагнитного клапана 70 и выходить через канал сброса давления Т электромагнитного клапана 70. В это время два поршня 63 подходят ближе друг к другу под смещающим действием пружин 67, чтобы закрыть пневматический шаровой клапан. Когда на электромагнитный клапан 70 поступает электропитание, рабочий канал АА сообщается с каналом подачи воздуха РР, чтобы сжатый воздух из трубы подачи сжатого воздуха мог поступать во вторую камеру 66 пневмопривода 60 через рабочий канал АА электромагнитного клапана 70 и второе отверстие 612 пневмопривода 60, заставляя два поршня 43 двигаться друг от друга, чтобы открыть пневматический шаровой клапан. Первое отверстие 611 пневмопривода 60 предпочтительно выполнено для сообщения с внешней средой, чтобы поддерживать стабильное давление в первой камере 65. Следует понимать, что согласно изобретению пневмопривод 60 и электромагнитный клапан 70 для работы упомянутого пневмопривода 60 могут иметь другую подходящую конструкцию.
Хотя выше были описаны конкретные варианты осуществления регулирующих клапанов и их регулирующих/приводных элементов, следует понимать, что регулирующие клапаны согласно изобретению могут быть каждый реализованы как клапан любой подходящей формы. Например, главный регулирующий клапан возврата среды 28 может быть пневматическим шаровым клапаном, управляемым пневмоприводом одностороннего действия; и/или каждый из регулирующих клапанов в коллекторе с реверсирующими клапанами 24 может быть пневматическим шаровым клапаном, управляемым пневмоприводом двустороннего действия. Альтернативно, любой один из регулирующих клапанов может быть клапаном другой формы или конфигурации.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, пружины также могут быть предусмотрены в первой камере пневмопривода двустороннего действия для смещения двух поршней к соединительному валу, соответственно. Таким образом, когда необходимо закрыть пневматический шаровой клапан, давление сжатого воздуха в первой камере вместе со смещающим усилием пружин может заставить шаровой клапан закрываться быстрее. Особое преимущество это имеет в том случае, когда главный регулирующий клапан возврата среды 28 работает под управлением пневмопривода двустороннего действия, поскольку главный регулирующий клапан возврата среды 28 будет закрыт быстрее после приема сигнала о прекращении возврата среды, что поможет избежать риска для безопасности, выражающегося в поступлении в резервуар 21 чрезмерного объема СПГ.
Согласно одному варианту осуществления изобретения, насос 22 может быть соединен с трубой для нагнетания среды 25 через корпус регулирующего клапана 29. Со ссылкой на Фиг. 1, корпус регулирующего клапана 29 включает входной канал 291, соединенный с насосом 22, первый выходной канал 292, соединенный с трубой для нагнетания среды 25, и второй выходной канал 293, соединенный с резервуаром 21. Альтернативно, входной канал 291 сообщается с одним из первого выходного канала 292 и второго выходного канала 293. Когда входной канал 291 установлен для сообщения с вторым выходным каналом 293, насос 22 находится в нерабочем состоянии, во время которого контур для среды сформирован непосредственно между насосом 22 и резервуаром 21. Когда входной канал 291 установлен для сообщения с первым выходным каналом 292, насос 22 находится в состоянии работы под нагрузкой, во время которого среда в резервуаре 21 подается в коллектор с реверсирующими клапанами насосом 22 для выполнения операции нагнетания среды и выхода газа. Поэтому, благодаря корпусу регулирующего клапана 29, рабочее состояние насоса 22 можно удобно переключать в зависимости от требований к эксплуатации системы 100. Например, когда насос 22 необходимо включить, его можно установить в нерабочее состояние, чтобы запустить в состоянии нулевого давления, что дает преимущество, поскольку насос 22 вскоре заработает стабильно. Когда насос 22 поработает в течение заданного времени и заработает стабильно, его можно переключить в состояние работы под нагрузкой корпусом регулирующего клапана 29, чтобы подавать среду под давлением в устройство для хранения газа 10.
В одном варианте осуществления изобретения датчик давления или ему подобный (не показан) может быть установлен на корпус регулирующего клапана 29 для детектирования давления среды, проходящей через корпус регулирующего клапана 29. Во время операции нагнетания среды и выхода газа, когда выявленное давление достигнет или превысит первое заданное давление (такое как 21 МПа), насос 22 можно переключить в нерабочее состояние посредством корпуса регулирующего клапана 29; и когда выявленное давление станет ниже, чем второе заданное давление (такое как 19 МПа), насос 22 можно переключить в состояние работы под нагрузкой посредством корпуса регулирующего клапана 29, при этом первое заданное давление выше, чем второе заданное давление. Во время эксплуатации системы 100 давление среды для вытеснения СПГ изменяется с объемом СПГ, вышедшим из цилиндра. Например, когда устройство для заправки газом 90 непрерывно подает СПГ на внешние устройства, давление среды будет быстро уменьшаться. Применение корпуса регулирующего клапана 29 согласно изобретению выгодно для поддержания давления среды, подаваемой в цилиндр, в стабильном диапазоне, так что, например, скорость, расход и/или давление СПГ, выходящего из цилиндра, можно поддерживать стабильными. Предпочтительно, когда выявленное давление среды, которая проходит через корпус регулирующего клапана 29, достигнет или превысит первое заданное давление, насос 22 можно переключить в нерабочее состояние на заданное время. Если во время этого заданного времени выявленное давление всегда не ниже, чем второе заданное давление, насос 22 можно остановить для экономии энергии.
В одном варианте осуществления изобретения, когда операция нагнетания среды и выхода газа на цилиндре (например, цилиндре 14 в первой группе) будет завершена, насос 22 можно переключить в нерабочее состояние. В нерабочем состоянии насоса 22 состояния двух групп регулирующих клапанов в коллекторе с реверсирующими клапанами 24 переключаются, чтобы установить цилиндр 14 на операцию возврата среды. После того как насос 22 будет находиться в нерабочем состоянии в течение заданного времени, его опять переключают в состояние работы под нагрузкой. В то же время, клапан для среды и клапан для газа другого цилиндра (например, цилиндра 16 во второй группе) открываются, чтобы выполнить операцию нагнетания среды и выхода газа на цилиндре 16. Такая настройка выгодна потому, что система 100 будет работать стабильно.
В одном варианте осуществления изобретения устройство для заправки газом 90, кроме того, снабжено резервуаром для хранения газа 92. СПГ из трубопровода для выхода газа 13 устройства для хранения газа 10 подается сначала в резервуар для хранения газа 92 и затем на соответствующие раздаточные устройства 91 из резервуара для хранения газа 92. Резервуар для хранения газа 92 в этом случае работает как буфер, что выгодно для поддержания стабильного давления СПГ, подаваемого на раздаточные устройства 91.
Хотя выше были описаны несколько предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение можно использовать с другими конфигурациями. Специалисты в данной области техники поймут, что настоящее изобретение может иметь много других вариантов осуществления и что в него могут быть внесены изменения и модификации без отступления от изобретения в его более широких аспектах, которые изложены в пунктах формулы изобретения и их эквивалентах.