СПОСОБ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF METERED FEED OF FLUID AND DEVICE TO THIS END

Заявляемое изобретение относится к способам автоматического регулирования, а именно - к системам дозированной подачи в газопровод жидкого одоранта.
Известны способы дозированной подачи жидкого одоранта, при которых расход жидкости осуществляется непрерывно, а для регулирования величины этого расхода используют настроечное гидравлическое сопротивление /1/. К числу устройств, использующих такой способ, можно отнести, например, капельный одоризатор, в котором в качестве настроечного гидравлического сопротивления используют калиброванное сопло или игольчатый вентиль /2, 3/.
К недостаткам указанных способов и устройств относятся:
- зависимость величины расхода жидкого одоранта от величины перепада давления на настроечном гидравлическом сопротивлении, что требует учета этого дополнительного фактора при настройке величины расхода жидкого одоранта;
- сложная, в общем случае - индивидуальная зависимость гидравлических характеристик настроечного гидравлического сопротивления от геометрии его проточной части (для игольчатого вентиля - от перемещения регулирующего органа), что в большинстве случаев требует проведения индивидуальной тарировки этого гидравлического сопротивления;
- возможность засорения настроечного гидравлического сопротивления в процессе эксплуатации и изменения вследствие этого его гидравлических характеристик, что требует проведения регулярных поверочных тарировок устройства.
Известен способ, при котором дозированную подачу жидкого одоранта осуществляют дискретно путем периодического заполнения от источника жидкого одоранта и опорожнения в магистраль потребителя мерной емкости постоянного объема, гидравлически связанной с нижней точкой источника жидкого одоранта и магистралью потребителя через обратные клапаны /3/. При этом величину расхода жидкого одоранта регулируют путем настройки частоты циклов заполнения и опорожнения мерной емкости, а также объема этой емкости. К числу устройств, реализующих данный способ, можно отнести, например, насосные системы подачи жидкого одоранта с регулированием частоты вращения привода насоса /4/. В таких системах заполнение и опорожнение мерной емкости происходят в результате перемещения в ней поршня или плунжера.
Недостатками рассмотренных способов и устройств являются:
- наличие подвижных элементов и пар трения, работающих в среде подаваемого жидкого одоранта;
- наличие регулируемого привода насоса, преобразующего исходный вид энергии в возвратно-поступательное движение поршня или плунжера с заданной частотой.
Указанные недостатки усложняют и удорожают рассматриваемые устройства, тем самым ограничивая область применения этих устройств и заложенных в них способов.
Наиболее близким к заявляемому является способ /5/, состоящий в том, что для подачи жидкого одоранта используют мерную емкость, которую периодически заполняют жидким одорантом из сосуда и опорожняют в газопровод путем создания импульсов давления газа в верхней точке мерной емкости за счет наддува ее газовой подушки от газопровода высокого давления и дренажа этой подушки в газопровод низкого давления.
Недостатком указанного способа является необходимость наличия газопроводов как высокого так и низкого давления, причем газопроводом потребителя жидкости является газопровод низкого давления. Это ограничивает область применения рассматриваемого способа и соответствующего ему устройства.
Техническим результатом настоящего изобретения является расширение области применения способа за счет возможности его использования на объектах, имеющих в своем составе приемник газа с давлением ниже, чем в газопроводе или на объектах, имеющих газопроводы высокого и низкого давления, из которых потребителем жидкого одоранта является газопровод высокого давления.
Данный технический результат достигается тем, что в способе дозированной подачи жидкого одоранта из сосуда, состоящем в том, что для подачи жидкости используют мерную емкость, которую периодически заполняют жидким одорантом из сосуда и опорожняют в газопровод потребителя жидкости путем создания импульсов давления газа в верхней точке мерной емкости за счет наддува ее газовой подушки от источника газа высокого давления и дренажа этой подушки в приемник газа низкого давления, в качестве источника газа высокого давления используют газопровод потребителя жидкости, а в качестве приемника газа низкого давления используют приемник газа, давление в котором ниже давления в газопроводе потребителя жидкости.
Технический результат достигается также тем, что в качестве приемника газа низкого давления используют газопровод, давление в котором ниже давления в газопроводе потребителя жидкости.
Сущность изобретения поясняется фигурами 1, 2 и 3. На фигуре 1 представлен вариант исполнения устройства, в котором использованы два клапана с электрическими приводами. На фигуре 2 представлен вариант исполнения устройства, в котором в качестве запорного элемента использован один управляющий электропневмоклапан. На фигуре 3 представлен вариант исполнения устройства, в котором в качестве объема, давление в котором ниже, чем в газопроводе потребителя жидкого одоранта, использован газопровод низкого давления, который связан с газопроводом потребителя жидкого одоранта через регулятор давления газа.
Устройство (см. фигуру 1) состоит из газопровода 1, расходной емкости 2, верхняя точка которой связана с газопроводом 1 с помощью газовой магистрали 3. Емкость 2 заполнена жидким одорантом 4. Устройство имеет в своем составе мерную емкость 5, которая связана с нижней точкой емкости 2 через гидравлическую магистраль 6. При этом точка соединения магистрали 6 с мерной емкостью 5 находится на высоте Н от нижней точки мерной емкости 5. Верхняя точка мерной емкости 5 соединена с верхней точкой емкости 2 через газовую магистраль 7 и местное гидравлическое сопротивление 8. Устройство снабжено нормально закрытым клапаном 9, один из выходов которого соединен с верхней точкой мерной емкости 5 через газопровод 10. Второй выход клапана 9 соединен с ограничительной емкостью 11 через магистраль 12. Клапан 9 оснащен электрическим приводом 13. Устройство имеет в своем составе нормально открытый клапан 14, один из выходов которого связан с ограничительной емкостью 11 через магистраль 15, а второй выход через магистраль 16 связан с приемником газа низкого давления, давление в котором ниже, чем в газопроводе 1 (на фигуре 1 не показан). Клапан 14 оснащен электрическим приводом 17. Нижняя точка мерной емкости 5 сообщена с газопроводом 1 через магистраль 18 и местное гидравлическое сопротивление 19.
Устройство снабжено системой 20 измерения расхода газа в газопроводе 1. Система 20 связана электрической линией 21 с блоком управления 22, который в свою очередь связан электрическими линиями 23 и 24 с электрическими приводами 17 и 13 соответственно.
Устройство работает следующим образом.
Управление электрическими приводами 17 и 13 происходит по сигналу системы измерения 20. Этот сигнал по линии 21 поступает на блок управления 22. Блок управления 22 преобразует этот сигнал в цифровой код, пропорциональный расходу газа и вырабатывает импульсы управления электрическими приводами 17 и 13 в соответствии с расходом газа и заданной концентрацией жидкого одоранта 4 в газе. Электрические импульсы формируются блоком управления так, чтобы частота следования этих импульсов (частота переключения клапанов 9 и 14) была прямо пропорциональна величине расхода газа в газопроводе 1. Во все время работы давление в газовой подушке емкости 2 уравнено с давлением в газопроводе 1. В определенный момент времени по линям 23 и 24 на приводы 17 и 13 поступает электрический сигнал. В результате происходит открытие клапана 9 и закрытие клапана 14. Это соответствует разобщению ограничительной емкости 11 с магистралью 16 и сообщению этой емкости с магистралью 10. В результате порция газа из мерной емкости 5 поступает в ограничительную емкость 11, создавая тем самым разрежение в мерной емкости 5 по сравнению с текущим давлением газа в газопроводе. Под действием этого разрежения происходит движение в мерную емкость 5 жидкого одоранта 4 из нижней точки емкости 2 через магистраль 6, газа из верхней точки емкости 2 через элементы 7 и 8 и газа из газопровода 1 через элементы 18 и 19. Это движение происходит до тех пор, пока объем газа, ушедший из мерной емкости 5 в ограничительную емкость 11, не будет замещен объемами газа и жидкого одоранта, в результате чего давление в верхней точки мерной емкости 5 уравняется с давлением в верхней точке емкости 2 через элементы 7 и 8. После уравнивания давлений в верхних точках емкостей 5 и 2 по сигналу с блока 22 снимается электрический сигнал с электрических приводов 17 и 13. В результате происходит закрытие клапана 9 и открытие клапана 14. Это соответствует разобщению ограничительной емкости 11 с магистралью 10 и сообщению этой емкости с магистралью 16. В результате газ, находящийся в ограничительной емкости 11 через магистраль 16 поступает в приемник газа, и давление в ограничительной емкости 11 уравнивается с давлением в приемнике газа. Гидравлические сопротивления элементов 8 и 19 настроены таким образом, чтобы при открытии клапана 9 основной объем вещества (жидкого одоранта 4) поступал в мерную емкость 5 из нижней точки емкости 2. Мерная емкость 5 расположена выше емкости 2, поэтому после уравнивания давлений газа в верхних точках этих емкостей часть жидкого одоранта самотеком возвращается из мерной емкости 5 в емкость 2. В результате в мерной емкости 5 остается только жидкий одорант, заключенный в нижней части этой емкости под уровнем врезки в нее магистрали 6. Поскольку давление в мерной емкости 5 и газопроводе 1 уравнено через элементы 7, 8, 2, 3, этот жидкий одорант самотеком поступает из мерной емкости 5 через элементы 18 и в газопровод 1.
Порция жидкого одоранта, заключенная в мерной емкости 5 ниже уровня врезки в эту емкость магистрали 6, является единичной дозой жидкого одоранта 4, сливаемого в газопровод 1 за один цикл срабатывания (включения и выключения) клапанов 9 и 14. Поскольку геометрия мерной емкости 5 постоянна, порция жидкого одоранта, сливаемая за один цикл срабатывания клапанов 9 и 14 в газопровод 1, также постоянна. Следовательно, регулирование частоты переключения клапанов 9 и 14 прямо пропорционально величине расхода газа в газопроводе 1 обеспечит поддержание постоянной концентрации жидкого одоранта в газе, транспортируемом по газопроводу 1.
При работе устройства ограничительная емкость 11 выполняет функцию ограничения расхода газа из газопровода 1 в приемник газа при однократном цикле срабатывания клапанов 9 и 14 и функцию регулирования величины и продолжительности импульсов давления газа в газовой подушке мерной емкости 5.
В дальнейшем вновь происходит открытие и закрытие клапанов 9 и 14 и слив очередной порции жидкого одоранта в газопровод. В результате регулирования частоты переключений клапанов 9 и 14 пропорционально расходу газа в газопроводе 1 обеспечивается поддержание постоянной заданной концентрации жидкого одоранта 4 в газе, транспортируемом по газопроводу 1.
На фигуре 2 представлен вариант конструктивного исполнения заявляемого устройства, в котором вместо клапанов 14 и 9 с приводами 17 и 13 соответственно используется управляющий электропневмоклапан /6/. В этом исполнении магистраль 10 связана с магистралью 16 через управляющий электропневмоклапан 25, который оснащен электрическим приводом 26. Ограничительная емкость 11 связана с управляющим электропневмоклапаном 25 через магистраль 27. Блок управления 22 связан с электрическим приводом 26 через электрическую линию 28. Устройство управляющего электропневмоклапана 25 таково /6/, что при отсутствии напряжения на клеммах электрического привода 26 ограничительная емкость 11 сообщена через элементы 25 и 27 с магистралью 16. При подаче напряжения на привод 26 происходит разобщение ограничительной емкости 11 и магистрали 16 и одновременно происходит сообщение ограничительной емкости 11 через элементы 25 и 27 с магистралью 10. В исполнении по фигуре 2 заполнение ограничительной емкости 11 газом из магистрали 10 осуществляется путем подачи напряжения от блока 22 на электрический привод 26 по электрической линии 28. Дренаж газа из ограничительной емкости 11 в приемник газа через магистраль 16 осуществляется путем снятия электрического напряжения с электрического привода 26. В остальном работа устройства по фигуре 2 аналогична работе устройства по фигуре 1.
На фигуре 3 представлен вариант исполнения устройства, в котором в качестве приемника газа низкого давления использован газопровод 29 низкого давления, который связан с газопроводом 1 через регулятор давления газа 30. В этом исполнении магистраль 16 связана с газопроводом 29. При работе устройства по фигуре 3 при закрытии клапана 9 и открытии клапана 14 газ, находящийся в ограничительной емкости 11 через магистраль 16 поступает в газопровод 29. В остальном работа устройства по фигуре 3 аналогична работе устройства по фигуре 1.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Справочник машиностроителя //Под ред. Н.С.Ачеркана. - М.: Машгиз, 1960, Т.2, с.649-651.
2. Алиев Р.А. Белоусов В.Д. и др. Трубопроводный транспорт нефти и газа. - М.: Недра, 1988. - с.89-93.
3. Measurement training manual. Natural gas odorisation. Edited by C.F.Drake. Houston, Texas; United gas pipeline company. Measurement dept. Measurement Training Center, 1989, v.1, p.5-3, p.4-8.).
4. Энциклопедия газовой промышленности // Под ред. К.С.Басниева. - М.: АО "ТВАНТ", 1994. с.567-570.
5. Патент РФ №2150319 от 09.09.1999 г. Бюл. №16, 2000.
6. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей // Под ред. Г.Г.Гахуна. - М.: Машиностроение, 1989. - с.328, 329.