РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
ADJUSTING DEVICE

Изобретение относится к трубопроводной регулирующей арматуре и предназначено для изменения и регулирования преимущественно магистральных потоков жидких и газообразных сред, проходящих через регулирующее устройство, по расходу или давлению.
Известны регулирующие устройства, соединенные с напорной и выходной магистралями, содержащие регулятор потока с изменяемой пропускной характеристикой, привод регулятора потока с мощностью, соответствующей максимальным характеристикам регулятора потока по проходу и давлению, и систему управления для изменения пропускной характеристики регулятора потока и поддержания выходного параметра в заданных уставкой пределах [НПО «Промавтоматика», Каталог продукции, 2004, часть 1: «Устройство регулирующее УР2020АЭП (PN 160, DN 300)].
Известные регулирующие устройства работают следующим образом. Системой автоматического управления вначале задают соответствующую выходному параметру пропускную характеристику регулятора потока путем установки затвора регулятора потока в соответствующее положение, а затем поддерживают пропускную характеристику в заданных уставкой пределах путем изменения установленного положения затвора с помощью привода. При этом привод регулятора потока используется как для установки периодически изменяемой пропускной характеристики, так и для постоянного поддержания выходного параметра в заданных уставкой пределах. Причем величина уставки обычно в десятки раз меньше величины пропускной характеристики регулятора потока.
Недостатком такой конструкции является то, что помимо высоких весовых характеристик регуляторов потока с пропускными характеристиками, соответствующими преимущественно магистральным потокам жидких и газообразных сред (масса регулирующего устройства УР2020АЭП - 670 кг), очень высока их стоимость, в отличие от стоимости задвижек (стоимость задвижки с аналогичной пропускной характеристикой в разы меньше стоимости регулирующего устройства), установка которых не рекомендуется для целей регулирования потоков, поскольку в положениях, близких к закрытию, происходит интенсивное разрушение запорных элементов, что на порядок сокращает их рабочий ресурс. Кроме того, для поддержания выходного параметра в заданных уставкой пределах привод регулятора потока и сам регулятор потока вынуждены постоянно работать в режиме частого срабатывания на малую величину. Такой режим работы максимально неблагоприятен для подвижных элементов регулятора потока и его привода, так как приводит к повышенному износу рабочих элементов, снижению точности поддержания выходного параметра регулирующего устройства и его эксплуатационной надежности. Также необходимо отметить, что электропривод, выбранный из условия обеспечения максимальных характеристик регулятора потока по проходу и давлению, находится постоянно в рабочем режиме потребления электроэнергии, поскольку используется как для периодической установки пропускной характеристики регулятора потока, так и для постоянного поддержания выходного параметра в заданных уставкой пределах, что приводит к большому расходу электроэнергии, определяемому мощностью установленного электропривода.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является регулирующее устройство, содержащее регулятор потока с изменяемой пропускной характеристикой, привод регулятора потока, запорный орган, установленный параллельно регулятору потока, и систему управления выходными параметрами регулирующего устройства и поддержания их в заданных пределах, принятое за прототип (Авторское свидетельство СССР №526864, М. Кл. G05D 27/00, B01D 9/04, 1976 г.).
Недостатком выбранного за прототип устройства, предназначенного для автоматического управления процессом подачи ингибитора гидратообразования в газопроводы природного газа, является то, что оно не предназначено для пропуска магистральных потоков рабочей среды, запорный орган, установленный на байпасной линии, не предназначен для обеспечения непрерывного характера регулирования выходных параметров и используется только при возникновении аварийного режима гидратообразования как дополнительная линия для подачи ингибитора, а система управления, включающая регулятор соотношения расходов газа и ингибитора, регулятор расхода газа и двухпозиционный регулятор, входом которого служит регулятор расхода газа, работоспособна лишь при регулировании потоков чистых рабочих сред.
Целью изобретения является снижение стоимости регулирующих устройств, предназначенных преимущественно для магистральных потоков жидких и газообразных сред, повышение рабочего ресурса, эксплуатационной надежности и точности поддержания выходного параметра, а также снижение энергозатрат на поддержание выходного параметра и затрат на ремонт и обслуживание регулирующих устройств.
Поставленная цель достигается тем, что в регулирующем устройстве, соединенном с напорной и выходной магистралями, содержащем регулятор потока с изменяемой пропускной характеристикой, привод регулятора потока, запорный орган, установленный параллельно регулятору потока, и систему управления выходными параметрами регулирующего устройства и поддержания их в заданных пределах, запорным органом является, по крайней мере, одна задвижка, которая имеет пропускную характеристику, кратную пропускной характеристике регулятора потока, а система управления регулирующего устройства выполнена с возможностью комбинирования пропускных характеристик задвижек и регулятора потока, выбранных из условия обеспечения непрерывного характера регулирования выходных параметров, а задвижки работают в режиме «Открыто - Закрыто».
Предлагаемое техническое решение позволяет:
- снизить стоимость регулирующих устройств, предназначенных преимущественно для магистральных потоков жидких и газообразных сред, за счет применения относительно дешевых задвижек, имеющих пропускные характеристики, кратные пропускной характеристике регулятора потока, и регулятора потока с существенно меньшей пропускной характеристикой, меньшей мощностью привода и соответственно меньшей стоимостью;
- повысить рабочий ресурс и точность поддержания выходного параметра регулирующего устройства за счет того, что для поддержания выходного параметра с заданной величиной уставки регулятор потока, выполненный, например, в виде работоспособного в условиях загрязненной рабочей среды двухдискового прямоточного регулируемого многопроходного дросселя, работает в диапазоне своих рабочих характеристик, а задвижки работают в благоприятном для них режиме разового или периодического закрытия-открытия, что способствует повышению эксплуатационной надежности регулирующего устройства;
- снизить энергозатраты на поддержание выходного параметра за счет того, что в регулировании практически участвует только регулятор потока с приводом в разы меньшей мощности, чем у привода магистрального регулятора потока;
- снизить затраты на ремонт и обслуживание регулирующего устройства за счет увеличения как межремонтного срока всех компонентов регулирующего устройства, так и их жизненного цикла.
На фиг.1 изображена схема регулирующего устройства; на фиг.2 - график работы регулирующего устройства.
Регулирующее устройство, соединенное с напорной и выходной магистралями, состоит из регулятора потока 1 с изменяемой пропускной характеристикой, привода 2 регулятора потока 1, системы управления 3 выходными параметрами и поддержанием их в заданных уставкой пределах, запорного органа в виде задвижек 4 и 5, установленных параллельно регулятору потока 1, с заданными пропускными характеристиками, кратными пропускной характеристике регулятора потока 1, приводов 6 и 7 задвижек 4 и 5. Суммарная пропускная характеристика регулятора потока 1, задвижки 4 и задвижки 5 соответствует диапазону выходных параметров регулирующего устройства, причем система управления 3 выполнена с возможностью комбинирования пропускных характеристик регулятора потока 1 и задвижек 4 и 5, выбранных из условия обеспечения непрерывного характера регулирования выходных параметров. Схема регулирующего устройства приведена на фиг.1.
Регулирующее устройство работает следующим образом.
у1
В исходном положении задвижки 4 и 5 посредством приводов 6 и 7 системой управления 3 устанавливают в положение «Открыто» (линии 8 и 9 на графике), при этом регулятор потока 1 посредством привода 2 устанавливают в положение D (линия 10 на графике), что соответствует диапазону регулирования от 75% до 100%. Суммарная пропускная характеристика регулирующего устройства при этом соответствует задаваемому выходному параметру (линия 11 на графике). Таким образом оператор задает выходной параметр регулирующего устройства и величину уставки с помощью системы управления 3, например автоматической.
у2
В процессе работы при случайных изменениях выходного параметра в пределах пропускной характеристики регулятора потока 1 система управления 3 воздействует на привод 2 регулятора потока 1 и восстанавливает выходной параметр регулирующего устройства в заданных уставкой пределах (линия 10 на графике). При уменьшении задаваемого выходного параметра, выходящего за диапазон регулирования регулятора потока 1, например соответствующего диапазону регулирования от 50% до 75%, система управления 3 воздействует на привод 7 задвижки 5, переводя задвижку 5 в положение «Закрыто», и на привод 2 регулятора потока 1, изменяя пропускную характеристику на D (линия 10 на графике), после чего система управления 3 продолжает воздействовать на привод 2 регулятора потока 1 и поддерживает выходной параметр регулирующего устройства (линия 11 на графике) в заданных уставкой пределах. Выходными параметрами могут быть давление или расход рабочей среды в выходной магистрали. Варианты комбинирования пропускных характеристик приведены в примерах.
Задвижки могут оснащаться как электроприводами, так и, например, ручными приводами.
Пример выбора пропускных характеристик регулятора потока и задвижек при кратности пропускной характеристики регулирующего устройства, равной 4.
Пропускная характеристика задвижки 4 равна максимальной пропускной характеристике регулятора потока 1, а пропускная характеристика задвижки 5 равна двум максимальным пропускным характеристикам регулятора потока 1. Следовательно, при 100% пропускной характеристике регулирующего устройства регулятор потока имеет пропускную характеристику, равную 25%, задвижка 4 имеет пропускную характеристику, равную 25%, а задвижка 5 имеет пропускную характеристику, равную 50%.
Примеры комбинирования пропускных характеристик задвижек и регулятора потока, выполняемых системой управления, выбранных из условия обеспечения непрерывного характера регулирования выходных параметров в диапазоне от 0 до 100%:
от 0 до 25% - работает регулятор потока 1, а задвижки 4 и 5 находятся в положении «Закрыто»;
от 25% до 50% - работает регулятор потока 1, задвижка 4 находится в положении «Открыто», а задвижка 5 находится в положении «Закрыто»;
от 50% до 75% - работает регулятор потока 1, задвижка 4 находится в положении «Закрыто», а задвижка 5 находится в положении «Открыто»;
от 75% до 100% - работает регулятор потока 1, а задвижки 4 и 5 находятся в положении «Открыто».