РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ И РАСХОДА ГАЗА

Полезная модель относится оборудованию для транспортировки газа и может быть использована в системах газораспределительных станций (ГРС), предназначенных для снабжения потребителей газом от магистральных и промысловых газопроводов с автоматическим поддержанием заданных давления и расхода газа, регулирования их в широких пределах, а также перекрытия подачи газа в аварийных ситуациях и в случаях несанкционированного отбора.
Известен регулятор давления газа, состоящий из полого корпуса с фланцами по его торцам для монтажа регулятора в газопровод, выполненные в полости корпуса два седла, с которыми имеют возможность взаимодействия два клапана, закрепленные на общем штоке. В корпусе под съемной крышкой размещены один над другим с зазором несколько тарированных грузов, с нижним из которых скреплен шток.
В процессе работы регулятора, встроенного в газопровод, при росте давления транспортируемого газа, усилие от его воздействия на клапаны штока перемешает последний вверх. При этом нижний груз входит в контакт с грузом, расположенным над ним и на шток будет уже действовать сила тяжести двух грузов, которая превышает противонаправленное усилие от давления на шток и его движение вверх прекращается.
При дальнейшем увеличении давления газа, шток, преодолевая силу тяжести двух грузов, перемешается вверх на рабочий ход до контакта с верхним грузом и на шток в этом случае будет воздействовать сила тяжести трех грузов и движение штока вверх прекращается.
При перемещении штока вверх, зазоры между клапанами и седлами постепенно уменьшаются и давление выходящего из корпуса газа понижается.
При сверхнормативном росте давления газа на входе устройства шток продолжит движение вверх до контакта клапанов с седлами, что ведет к полному прекращению подачи газа.
(см. патент РФ на полезную модель №73094, кл. G05B 16/02, 2008 г.).
В результате анализа выполнения известного регулятора необходимо отметить, что он обеспечивает только дискретную регулировку подачи газа, точность которой зависит от разности масс тарированных грузов, что значительно снижает точность и диапазон регулирования давления и расхода газа.
Известен регулятор давления газа, состоящий из полого корпуса с входной и выходной полостями, с фланцами по его торцам и прикрепленной сверху крышкой и размещенным в ней механизмом настройки давления газа, выполненным в виде ввинченного в крышку винта, к нижнему торцу которого прикреплен упор, контактирующий с пружиной, опирающейся на мембрану, зажатую между дисками и разделяющую объем крышки на подмембранную и надмембранную полости, с мембраной скреплен шток, несущий клапан, имеющий возможность контакта с седлом, выполненным в полости корпуса. Подмембранная полость посредством трубки, установленной за (относительно направления движения газа) дозирующим элементом, связана с газопроводом.
В процессе работы регулятора во входную полость корпуса подается газ и через зазор, образованный клапаном и седлом, поступает в выходную полость и далее к потребителю.
При увеличении потребителем расхода газа давление в выходной полости корпуса снижается и давление газа этой величины через трубку обратной связи поступает в подмембранную полость, воздействует на мембрану, которая, прогибаясь, перемещает шток клапана и клапан отходит от седла и увеличивается расход, заданной настроечным механизмом.
(см. патент РФ №2391695, кл. G05D 16/06, 2010 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа данного решения необходимо отметить, что настройка клапана осуществляются за счет регулирования усилия сжатия пружины, что снижает точность и диапазон регулирования давления и расхода газа, а также делает практически невозможным регулирование в широких пределах давления и расхода газа в процессе подачи газа потребителю.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка регулятора давления и расхода газа, позволяющего осуществлять регулирование подачи рабочей среды в автоматическом режиме, с высокой точностью и в широких пределах, в том числе дистанционно, с пульта управления, находящегося на удалении от регулятора.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в регуляторе давления и расхода газа, содержащем полый корпус с фланцами по его торцам, установленный в полости корпуса дозирующий элемент, имеющий возможность осевого возвратно-поступательного перемещения и содержащий шток с тарелью, образующей с выполненным в корпусе седлом зазор, определяющий давление и расход газа, новым является то, что регулятор оснащен приводом регулирования положения дозирующего элемента, размещенным па корпусе и выполненным в виде винтовой пары, гайка которой кинематически связана с электродвигателем привода, а винт скреплен со штоком дозирующего элемента, при этом, привод регулирования положения дозирующего элемента закрыт стаканом, закрепленным на корпусе регулятора, а в качестве электродвигателя привода регулирования положения дозирующего элемента используют вентильный двигатель, при этом, дозирующий элемент может быть оснащен второй тарелью, установленной на штоке соосно первой, а в корпусе соосно первому выполнено второе седло, при этом каждая тарель установлена над седлом, с которым они образует зазор для прохода газа или имеет возможность контакта при перекрывании подачи газа, а гайка привода регулирования положения дозирующего элемента оснащена хвостовиком, на свободном конце которого выполнено место под ключ, предназначенное для ручного вращения гайки.
Регулятор может быть оснащен механизмом ручного перемещения дозирующего элемента, выполненным в виде установленного в дне стакана валика, имеющего возможность вращения и осевого перемещения, на одном конце которого закреплена шестерня, имеющая возможность сцепления с шестерней привода перемещения дозирующего элемента, а во фланцах могут быть выполнены каналы для установки датчиков, контролирующих параметры газового потока.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых на фиг.1 и фиг.2 представлены в осевом разрезе разные исполнения регулятора давления и расхода газа.
Регулятор давления и расхода газа содержит полый корпус 1, к торцам корпуса пристыкованы фланцы 2 (входной) и 3 (выходной), посредством которых регулятор монтируется в газопроводе. В полости корпуса 1 с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен дозирующий элемент 4, выполненный в виде двухседельного затвора, представляющего собой шток с двумя соосными тарелями «а», которые имеют возможность контакта с соосно выполненными в корпусе седлами «б», а величина зазора между тарелями «а» и седлами «б» определяет пропускную способность (расход) клапана. Когда клапаны находятся в контакте с седлами, регулятор отсекает подачу газа.
Дозирующий элемент 4 оснащен установленным на корпусе приводом регулирования положения дозирующего элемента. Привод может быть выполнен различным образом, например, в виде винтовой передачи, винт 5 которой скреплен со штоком дозирующего элемента, а гайка 6 соединена с шестерней 7, (на фиг.1 данная шестерня позицией не обозначена кинематически связанной с электродвигателем 8.
Привод регулирования положения дозирующего элемента помещен в стакан 9, закрепленный на корпусе 1. В качестве электродвигателя в конструкции регулятора наиболее целесообразно использовать вентильный (моментный) двигатель, обладающий по сравнению с традиционно применяемыми шаговыми двигателями более высоким КПД и меньшей массой.
Регулятор может быть оснащен размещенным в стакане 9 механизмом ручного перемещения дозирующего элемента, выполненным в виде валика 10 (фиг.2), установленного в торце стакана с возможностью вращения и осевого перемещения и подпружиненного относительно корпуса. На одном конце валика выполнено место под ключ (например, шестигранник), а на другом закреплена шестерня 11, но верхнему торцу которой проложен диск 12 одного диаметра с данной шестерней.
Механизм ручного перемещения дозирующего элемента может быть выполнен и иным образом (фиг.1). Для осуществления ручного перемещения дозирующего элемента гайка 6 может быть оснащена скрепленным с ней хвостовиком 10 (аналог валика по фиг.1).
Ручное перемещение дозирующего элемента 4 необходимо в аварийных ситуациях или для технологических целей.
Регулятор оснащен датчиком 13 положения дозирующего элемента 4 установленным на консольном рычаге 14, закрепленном на штоке дозирующего элемента 4.
Визуальный контроль положения дозирующего элемента осуществляется через закрытое прозрачным материалом окно 15.
Во фланцах 2 и 3 могут быть выполнены каналы 16 и 17 для установки датчиков (не показаны) температуры и давления перед дозирующим элементом, давления газа за дозирующим элементом и давления на выходе ГРС.
Регулятор оснащен блоком 18 управления положением дозирующего элемента, который может быть расположен в стакане 9.
Естественно, что хвостовик 10 гайки (фиг.2) должен быть выполнен удлиненным до такой степени, что его свободный конец выходит наружу через отверстие в крышке 19 стакана 9. На свободном конце хвостовика выполнено место под ключ, например, отфрезерован шестигранник, который в нерабочем положении закрыт съемной заглушкой 20 установленной на крышке 19 стакана 9.
Все элементы регулятора, конструкция которых не раскрыта в данной заявке, являются известными и их выполнение не является предметом патентной охраны.
Регулятор давления и расхода газа работает следующим образом.
Перед началом работы регулятор монтируют в газопровод, для чего фланцы 2 и 3 соединяют с фланцами газопровода. Устанавливают в каналы 16 и 17 необходимые датчики контроля параметров газа. Соединяют датчики с автономным блоком управления работой клапана или с пультом управления диспетчерского пункта. Схема включения клапана в трубопровод подачи газа и к устройствам управления аналогична используемой в патенте РФ №2294555.
Газовый поток поступает по газопроводу через отверстие входного фланца 2 в полость корпуса 1 к дозирующему элементу 4. Величина зазора между тарелями «а» и седлами «б» задает расход газа, направляемого через регулятор потребителю. При этом положение дозирующего элемента и параметры газового потока перед дозирующим элементом и за дозирующим элементом измеряются соответствующими датчиками и их значения подаются на блок управления 18, где сравниваются с заданными и по результатам сравнения блок управления выдает управляющий сигнал на электродвигатель 8 для регулирования положения дозирующего элемента 4. Блок управления может быть выполнен аналогично приведенному в патенте №2294555).
Электродвигатель 8 привода регулирования положения дозирующего элемента 4 в соответствии со значением управляющего сигнала, приводит во вращение гайку 6, сообщающую осевое перемещение винту 5, а, следовательно и штоку дозирующего элемента 4, перемещение которого соответствующим образом изменяет проходное сечение между тарелями «а» и седлами «б», обеспечивая тем самым заданное значение расхода газа.
В случае необходимости ручного перемещения дозирующего элемента, например, для аварийного отключения подачи газа, перемещают валик 10 (фиг.2) до контакта диска 12 и шестерней 7 (при этом шестерня 11 валика входит в зацепление с шестерней 7 и вращают валик, приводящий в работу винтовой механизм, который перемещает дозирующий элемент 4 до контакта его тарелей с седлами, что прекращает подачу газа. Ручное перемещение дозирующего элемента также может быть осуществлено (фиг.1) вращением гайки 6 через удлиненный хвостовик 10.
Из изложенного выше вполне понятно, что принцип работы регулятора основан на том, что поток газа, проходя через зазор, образованный тарелями «а» дозирующего элемента и седлами «б» корпуса, редуцируется до получения заданных параметров. При перемещении дозирующего элемента изменяется проходное сечение, а, следовательно, и количество проходящего газа. Это обеспечивает поддержание выходного давления на заданном значении при изменении расхода газа или выходного давления. Перемещение дозирующего элемента происходит через механическую передачу при вращении ротора электродвигателя (то есть, реализуется жесткая кинематическая связь, повышающая точность регулирования). Отклонение выходного давления, возникающее в результате изменения газопотребления или входного давления, воспринимается датчиком давления, выходной сигнал с которого поступает на в блок управления, который сравнивает его с программно заданным значением, при рассогласовании сигналов блок управления выдает соответствующий цифровой сигнал по каналу на блок управления, который дает команду на электродвигатель 8 для установки дозирующего элемента 4 в положение, соответствующее равенству управляющего и опорного сигналов.
Для обеспечения функции регулирования при режиме потребления газа, превышающем заданную уставку по расходу, регулятор переходит на режим понижения давления потребителю до достижения величины заданной уставки по ограничению расхода вплоть до значения давления, определяемого уставкой минимального допустимого давления на выходе ГРС. В случае превышения фактической величины расхода газа с заданной уставкой, блок управления выдает команду па прикрытие дозирующего элемента. В результате расход газа через регулятор уменьшается. Закрытие продолжается до достижения равенства фактического и заданного расхода, если выходное давление не опустилось ниже заданной уставки минимального расхода. Прикрытие прекращается при достижении величины выходного давления равного минимально допустимому, безопасному для потребителя.
Выполнение дозирующего элемента с двумя тарелями «а» позволяет обеспечить по сравнению с однотарельчатым его исполнением при прочих равных условиях большую пропускную способность вследствие большей суммарной площади проходного сечения. Конструкция дозирующего элемента выполнена таким образом, что избыточным давлением газа обеспечивается дополнительное поджатие тарелей «а» к седлам «б», что обеспечивает в случае необходимости надежное перекрытие подачи газа.
Выполнение каналов для установки датчиков контроля параметров газового потока во фланцах 2 и 3 позволяет исключить выполнение отверстий в газопроводе.
Регулятор позволяет осуществить подачу газа потребителям с выдерживанием заданных параметров подачи среды на основе сравнения ее входных и выходных параметров и автоматического поддержания заданных параметров в процессе эксплуатации.