Электрогидравлическое устройство для регулирования давления

В ° Юа

Всесоюзная

l <<-.т.еч т:.е- T õ í ч систер

О П И С А" Н М- Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

24II37

Союз Советских

Социзлистичеснив

Республии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 29. I I.1968 (№ 1223528/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 01.1Ч.1969. Бюллетень ¹ 13

Дата опубликования описания 26ХП1.1969

Кл. 42r, I j03

Комитет по делам иэобретениК и отирытиК при Совете Министров

СССР

МПК G 05d

УД К 62-531.8 (088.8 ) Авторы изобретсния А. М. Александров, Е. И. Колосков, С. С. Суворов, Ю. А. Тополянский и Ю. А. Цимблер

Заявитель

Л ЕКТРО ГИД РАВЛ И т1 ЕСКО Е УСТ РО ЙСТ ВО

ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Устройство предназначено для автоматического регулирования давления на насосных перекачивающих станциях магистральных трубопроводов, преимущественно нефте- и продуктопроводов, работающих в подпорном режиме.

Устройства автоматического регулирования давления для магистральных трубопроводов, содержащие регулирующие блоки с задатчиками давления входа и выхода, селективный блок выдачи сигнала регулирующего воздействия и регулирующий орган, известны.

К недостаткам известных устройств следует отнести большие гидравлические потери при недостаточной точности в процессе регулирования и непрерывную работу маслонасосной установки, приводящую к повышенному расходу электроэнергии.

Предложенное устройство отличается тем, что, с целью повышения точности регулирования, уменьшения расхода электроэнергии и увеличения срока службы маслонасосной установки, шток регулирующего органа через блок жесткой нелинейной обратной связи соединен с дросселем переменного сечения сливной линии гидросистемы исполнительного механизма; выходной канал выносного дифференциального датчика соединен с входным каналом электронного блока, выходной канал которого соединен с одним из входных каналов селективного блока; входные каналы блока управления соединены с соответствующими выходными каналами селектпвного блока, а выходной канал блока управления соединен с магнитным пускателем двигателя маслонасосной установки.

На фиг. 1 приведена схема предложенного устройства; на фпг. 2 — регулирующий блок; на фиг. 3 — селективный блок; на фпг. 4—

10 блок управления; на фпг. 5 — нелинейная зависимость между скоростью перемещения и положением регулирующего золотника; на фиг. 6 — движение волны давления; на фпг. 7— изменение величины импульса при изменении

15 крутизны фронта движущейся волны давления; на фиг. 8 — изменение давления прп остановке одного насосного агрегата.

Устройство состоит из датчиков давления

20 входа 1 и выхода 2, регулирующих блоков с задатчикамп давления входа 8 и выхода 4, селективного блока 5, выносного дифференциального датчика б с выносным электронным блоком 7, блока управления 8, неуравнове25 шенного регулирующего органа 9, например псворотной дроссельной заслонки, с поршневым гидравлическим исполнительным механизмом 10, управляемым от трехпозицпонного электромагнитного золотника 11, маслонасос30 ной установки 12 для питания испо,тнптельно241137 по давленшо

55

65 го механизма и устройства нелинейной обратной связи 18.

Устройство осуществляет скоростной (астатический) релейный закон регулирования с регулируемой зоной нечувствительности, который формируется в каждом из двух регулирующих блоков (см. фиг. 2).

Выходной потенциометр датчика давления 14 и потенциометр задатчика 15 образуют измерительную мостовую схему, питаемую от источника стабилизированного напряжения.

Напряжение рассогласования воздействует на вход собранного на кремниевых триодах усилителя постоянного тока 16 с коэффициентом усиления К. К выходу усилителя через согласующие каскады 17 и 18 с регулируемыми коэффициентами передачи К и К подключены два триггера Шмитта 19 и 20 с постоянными порогами срабатывания. При опрокидывании триггера 19 или 20 появляется сигнал U> (закрытие регулирующего органа) па одном выходе регулирующего блока или U (открытие регулирующего органа) на другом выходе блока. Разделение сигнала рассогласования по закону достигается применением в указанных двух параллельных каналах после усилителя триодов разного типа проводимости (р — и — р и и — р — и). Раздельная регулировка верхней и нижней гран щ зоны нечувствительности осуществляется изменением коэффициентов передачи К> и К . Если оба триггера не опрокидываются, это означает, что величина электрического сигнала рассогласования не превышает установленной зоны нечувствительности, и сигналы отсутствуют па обоих выходах регулирующего блока. Наличие регулируемой зоны нечувствительности повышает устойчивость системы и устраняет влияние малых пульсаций регулируемого давления.

Сигналы с регулирующих блоков поступают на селективный блок 5 (см. фиг. 3). Причем сигналы, требующие закрытия заслонки, проходят беспрепятственно с обоих регулирующих блоков через ячейку «ИЛИ» 21 на вход блока управления, который выдает соответствующую команду па включение электромагнитного золотника, управляющего поршневым гидравлическим исполнит ельным механизмом.

Сигнал закрытия от регулирующего блока 4, попадая на вход ячейки «ИЛИ» 21, одновременно воздействует на правый вход триггер а 22. Последний пер ебр асывается в состояние, при котором с его правого выхода поступает сигнал на ячейку «И» 28, запрещающий прохождение сигнала на открытие с регулирующего блока 8. Таким образом, сигнал закрытия, поступающий от регулирующего блока 4, перебрасывает триггер 22 в состояние, при котором система ведет регулирование только по давлению выхода, так как одновременно запрещается сигнал открытия от регулирующего блока 8. Аналогично, сигнал закрытия от регулирующего блока, воздействуя на левый вход триггера 22, перебрасывает последний в состояние, при котором система

45 ведет регулирование только входа.

Сигналы открытия от обоих регулирующих блоков (при отсутствии запрета, налагаемого ячейками «И» 28 и 24) проходят блок управления через я.ейку «ИЛИ» 25 и воздействуют па электромагнитный золотник. Таким образом, схема селектпвного блока обеспечивает регулирование двух параметров (давлений гхода и выхода) при подключении двух регуляторов релейного действия к одному регулирчощему органу.

Появляющиеся на входе блока управления (см. фиг. 4) сигналы закрытия или открытия с выхода селективного блока воздействуют на соответствующий каскад 2б или 27 управления одним из двух электромагнитов золотника, включая золотник соответственно на закрытие или открытие. Одновременно любой из э тих сигналов поступает на входной канал элемента

«ИЛИ» 28 и, воздействуя на левый вход триггера 29, перебрасывает последний в состояние, при котором с его выхода выдается сигнал, воздействующий на каскад 80 управления двигателем маслонасоса и включающий этот двигатель. Маслонасосная установка остается включенной в течение всего времени регулирования. После завершения процесса регулирования, когда регулируемое давление возвращается в зону нечувствительности (исчезли сигналы открытия и закрытия), схема совпадения, состоящая из элементов «НЕ» 81 и 82 и элемента «И» 88, выдает сигнал на включение реле времени 84. По истечении времени выдержки реле срабатывает и его выходной сигнал перебрасывает триггер 29 в исходное состояние, воздействуя на его правый вход.

В результате маслонасосная установка отключается, Маслонасосная установка включена всегда, если интервалы появления сигналов открытия и закрытия меньше установленной выдержки реле времени 84.

Таким образом, м аслонасосная установка включается только при необходимости перемещения регулирующего органа и автоматически отключается по истечении выдержки времени после завершения процесса регулирования. Это исключает необходимость непрерывной круглосуточной работы маслонасосной установки, увеличивая срок ее службы и сокр а щая р асход электроэнергии.

Трехпозиционный золотник, управляющий поршневым гидравлическим механизмом, имеет два электромагнита. Включение одного из электромагнитов переставляет золотник в положение, при котором исполнительный механизм начинает закрывать регулирующий орган. При включении другого электромагнита золотника регулирующий орган начинает открываться. При обесточивании обоих электромагнитов золотник занимает нейтральное поло>кение. В нейтральном положении золотника обе заполненные маслом полости гидроцилиндра поршневого исполнительного механизма заперты, и регулирующий орган жестко

241137

65 фиксируется в том положении, которое он занимал к моменту возврата золотника в нейтральное положение. Плотное запирание золотником обеих полостей гидроцилиндра обеспечивает быстрое гидравлическое торможение регулирующего органа с минимальным запаздыванием и обеспечивает фиксацию неуравновешенного в потоке регулирующего органа.

Особенность устройства состоит в том, что в нем предусмотрена жесткая нелинейная ооратная связь, устанавливающая нелинейную зависимость между скоростью перемещения и положением регулирующего органа. Такая зависимость может быть осуществлена, например, введением кинематической связи между штоком регулирующего органа и дросселем с изменяющимся под действием этой связи сечением, установленным на сливной линии гидр осистемы поршневого исполнительного механизма.

Рассмотрим нелинейную зависимость

= V(S) (см. фиг. 5), где V — скорость перемещения регулирующего органа;

S — положение регулирующего органа.

В положениях регулирующего органа, близких к открытому (малое значение S), когда дросселирующее действие регулирующего органа невелико, скорость перемещения его максимальна. По мере прикрытия регулирующего органа (увеличение S) скорость его перемещения V уменьшается и в положениях, близких к закрытому, где дросселирующее действие велико, скорость перемещения регулирующего органа мала.

Высокая скорость перемещения регулирующего органа в зоне слабого регулирования позволяет в номинальном режиме обеспечить минимальные потери энергии на регулирующем органе, уменьшить динамическую ошиоку при регулировании и увеличить пропускнуlo способность труоопровода.

Малая скорость прикрытия регулирующего органа в зоне сильного дросселирования позволяет уменьшить запаздывание в процессе регулирования.

Нелинейная зависимость между скоростью регулирующего органа и его положением обеспечивает устойчивый процесс регулирования с минимальной динамической ошибкой.

Особенностью предлагаемого устройства является также то, что кроме описанных местных элементов, расположенных на регулируемой насосной станции, оно содержит выносной дифференциальный датчик давления со своим выносным электронным блоком. Датчик подключен к трубопроводу на удалении порядка

5 км от насосной станции в направлении перекачки и соединен с местной частью устройства линией связи.

Измерительная схема дифференциального датчика зависит от скорости изменения давления в трубопроводе. Уровень сигнала, выдаваемого измерительной схемой, пропорцпо5

50 нален скорости нарастания давления во фронте волны.

На фпг. 6 изображено движение волны давления от насосной перекачивающей станции 85 мимо выносного дифференциального датчика 86 с электронным блоком в сторону насосной регулируемой станции 87 в случае частичной или полной остановки насосных агрегатов.

Величина импульса, выдаваемого измерительной схемой дифференциального датчика. меняется при изменении крутизны фронта движущейся волны давления (см. фиг. 7). Импульс 88 соответствует фронту волны давления, вызванной остановкой одного насосного агрегата на насосной станции 85 (кривая 89).

Импульс 4<< соответствует фронту волны давления, вызванной остановкой всей насосной счанцпи 35 (кривая 41). Выносной электронный блок дифференциального датчика выдает дискретные сигналы в зависимости от уровня импульсных сигналов измерительной схемы дифференциального датчика и посылает их в линшо связи. Это позволяет различать наиболее сильные волновые возмущения, движущиеся по направленшо к регулируемой станции с предварением по времени, и дает возможность местной части устройства своевременно реагировать на эти возмущения.

Днскретньш сигна.ч, соответствующий волновому возмущению от остановки одного насосного агрегата па станции 35, переданный по линии связи на станцию 87, подается на селективный блок и используется для предварительно"o прикрытия заслонки на заданный оптпмальньш угол. В результате давление AP на выходе регулируемой станции (см. фиг. 8) предварительно снижается. Через время At (время движения волны от выносного датчика дс регулируемой станции) быстрый рост давления на выходе станции (начальный участок кривой 42) начинается не от максимального рабочего давчения Р б, а от давления. предварительно сниженного на величину AP.

Дальнейший рост давления в набегающем возмущении постепенно прекращается и регулируемое давление остается в пределах зоны нечувствительности и. При дальнейшем росте давления (пунктирная часть кривой 48) местная часть устройства отрабатывает его без замети<гй динамической ошибки.

Предмет изобретения

Электрогпдравлическое устройство для регулирования давления, например, для насосных перекачивающих станций магистральных трубопроводов, работающих в подпорном режиме, с<;держащее датчики давления входа и выхода, регулирующие блоки с задатчиками давления входа и выхода, селективный блок выбора регулирующих сигналов, поршневой гидравлический испо.чнительный механизм с дросселем переменного сечения, установленным на сливной линш. гидросистемы исполнительного механизма, регулирующий орган, вы241137 носной дифференциальный датчик с электронным блоком, установленный на трубопроводе на расстоянии от насосной станции, позволяющем предварительно зафиксировать понижение или повышение давления в трубопроводе, блок жесткой нелинейной обратной связи и блок управления, отличаюи1ееся тем, что, с целью повышения точности регулирования, уменьшения расхода электроэнергии и увеличения срока службы маслонасосной установки, шток регулирующего органа через блок жесткой нелинейной обратной связи соединен с дросселем переменного сечения сливной линии гидросистемы исполнительного механизма; выходной канал выносного дифференциального датчика соединен с входным каналом электронного блока, выходной канал которого соединен с одним пз входных каналов селективного блока; входные каналы блока управления соединены с соответствующими выходными каналами селективного блока, а выход1О ной канал блока управления соединен с магнитным пускателем двигателя маслонасосной установки.

241137

-бам

1 ! 1 t

g 40

1 тофиг. 7

Фиг. 9

Составитель Б. С, Шевченко

Редактор Л. А. Утехина Техред Л. К, Малова Корректоры: Е. Ласточкина и Л. Корогод

Заказ 1Ь68/1 I Тираж 480 Подписное ,HHHIiH Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 4