RU2303807C2 - Liquid flow controller - Google Patents

Abstract

FIELD: self-adjusting control devices, oil industry.

SUBSTANCE: flow controller contains body with inlet and outlet apertures, making it possible to mount it in hydro-system via a flange connection. Body contains throttling locking element of valve type with electric drive, ultrasound flow indicator and programmable microprocessor controller, equipped with inbuilt terminal for input-output of information. Flow meter is connected to controller in control of position of locking element by means of electric drive.

EFFECT: increased reliability during operation in hydro-systems with aggressively abrasive environment, ensured high adjustment precision in broad range of pressures.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области технических средств, к группе самонастраивающихся регулирующих устройств и позволяет осуществлять как регулирование заданной величины, так и управление ею. Может быть использовано в технических гидравлических системах (ТГС) с любой текучей средой и, в частности, в нефтяной промышленности в системе поддержания пластового давления (ППД) для выдержки заданных технологией режимов заводнения пластов.The invention relates to the field of technical means, to the group of self-adjusting control devices and allows both the control of a given value and its control. It can be used in technical hydraulic systems (TGS) with any fluid and, in particular, in the oil industry in the reservoir pressure maintenance system (RPM) to withstand the formation waterflooding regimes specified by the technology.

Известен регулятор расхода жидкости (РРЖ) /заявка 2001111739/06, МПК G05D 7/01, дата публикации 2003.11.10/, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и подвижный подпружиненный регулирующий орган, делящий внутреннюю полость корпуса на три части, сообщенные между собой посредством последовательно установленных двух дросселей (задающего значение расхода и автоматически регулируемого).Known fluid flow regulator (RRL) / application 2001111739/06, IPC G05D 7/01, publication date 2003.11.10 /, comprising a housing with inlet and outlet nozzles and a movable spring-loaded regulating body that divides the internal cavity of the housing into three parts, interconnected by means of two chokes installed in series (setting the flow value and automatically adjustable).

Известен регулятор перепада давления - /заявка 2000126818/09, МПК G05D 7/01 дата публикации 2003.11.10/, содержащий включающий корпус с входным и выходным отверстиями, крышку, диафрагму, пружину нагружения с опорным элементом, шток с запорным элементом, полости выходного давления и противодавления.Known differential pressure regulator - / application 2000126818/09, IPC G05D 7/01 publication date 2003.11.10 /, comprising a housing with inlet and outlet openings, a cover, a diaphragm, a loading spring with a support element, a rod with a shut-off element, outlet pressure cavities and back pressure.

Известен регулятор потока - /заявка 2002124167/06, МПК F16K 31/02, 2004.04.10/, содержащий помещенный в трубу и находящийся под воздействием привода запорный орган, запорный орган выполнен в виде установленного соосно на трубе седла, клапан которого выполнен в виде стакана и установлен в закрепленный соосно с трубой второй стакан с образованием общей межстаканной полости, причем между боковыми стенками стаканов образован гарантированный микрозазор в виде гидравлического сопротивления, стаканы концентрично установлены внутри отрезка второй трубы с образованием кольцевого канала для потока, межстаканная полость сообщается с заседловой полостью через импульсный канал и сопло, заслонка которого находится под воздействием соленоида и пусковой кнопки.Known flow regulator - / application 2002124167/06, IPC F16K 31/02, 2004.04.10 / containing a shut-off element placed in a pipe and under the influence of a drive, a shut-off element made in the form of a seat mounted coaxially on the tube, the valve of which is made in the form of a cup and installed in a second cup fixed coaxially with the pipe with the formation of a common inter-cavity, and between the side walls of the cups a guaranteed micro-gap is formed in the form of hydraulic resistance, the cups are concentrically installed inside a segment of the second pipe with a sample mations annular flow channel mezhstakannaya zasedlovoy cavity communicates with the cavity through a pulse channel and a nozzle, the flap of which is under the influence of the solenoid and the starter button.

Известен регулятор - ограничитель расхода AIQ ("DANFOSS IWK Regler GmbH", Германия), содержащий крышку, дроссельный клапан ограничения расхода, клапан регулятора, золотник клапана с устройством разгрузки давления, затвор клапана, шток клапана, рабочую пружину регулятора, каналы для импульса давления, регулирующий элемент, регулирующую диафрагму.Known regulator - flow limiter AIQ ("DANFOSS IWK Regler GmbH", Germany), containing a cover, throttle valve, flow control, valve regulator, valve spool with pressure relief device, valve shutter, valve stem, regulator operating spring, channels for pressure pulse, diaphragm adjusting element.

Все известные устройства имеют следующие характерные недостатки, не позволяющие достичь требуемого технического результата.All known devices have the following characteristic disadvantages that do not allow to achieve the desired technical result.

В данных аналогах применяется множество гидравлических и подвижных механических элементов (пружин, диафрагм, уравнительных клапанов и т.п.), которые резко снижают точность регулирования и повышают вероятность выхода из строя и делают невозможным их применение в агрессивно-абразивных средах. Также известные устройства для регулирования расхода оказывают мгновенное действие на гидросистему, не различая установившийся гидравлический режим от гидравлических колебаний. Все они используют подпружиненный привод(а) для запорного элемента, что ограничивает применение данных устройств вне их рабочих (допустимых) диапазонов работы по давлению и исключает четкую фиксацию запорного элемента.These analogues use many hydraulic and moving mechanical elements (springs, diaphragms, equalizing valves, etc.), which sharply reduce the accuracy of regulation and increase the likelihood of failure and make it impossible to use them in aggressive abrasive environments. Also known devices for controlling the flow rate have an instant effect on the hydraulic system, without distinguishing the steady state hydraulic mode from hydraulic vibrations. All of them use a spring-loaded actuator (a) for the locking element, which limits the use of these devices outside their working (permissible) pressure ranges and eliminates the clear fixation of the locking element.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является автоматическое регулирование расхода жидкости.The task to which the invention is directed is the automatic regulation of fluid flow.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении надежности регулятора расхода за счет применения дросселирующей арматуры клапанного типа, а также точности регулирования посредством применения в нем нового элемента - микропроцессорного контроллера.When carrying out the invention, the task is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the reliability of the flow controller through the use of throttling valves of the valve type, as well as the accuracy of regulation by using a new element in it - a microprocessor controller.

Технический результат заключается также в расширении рабочего диапазона давлений посредством достижения полной управляемости положением запорного элемента (однозначность его положения и фиксация) вследствие применения электропривода.The technical result also consists in expanding the operating pressure range by achieving complete controllability of the position of the locking element (its position is unambiguous and fixation) due to the use of an electric drive.

Указанный технический результат достигается тем, что регулятор расхода жидкости содержит корпус, в котором расположены расходомер, запорная арматура и контроллер, при этом в качестве запорной арматуры использована запорная арматура клапанного типа с электроприводом, а контроллер связан с расходомером и электроприводом запорной арматуры для обеспечения выработки управляющего воздействия для регулирования положения запорного элемента запорной арматуры.The specified technical result is achieved by the fact that the fluid flow regulator comprises a housing in which the flowmeter, shutoff valves and controller are located, while shutoff valves of the valve type with electric drive are used as shutoff valves, and the controller is connected with the flowmeter and electric shutoff valves to ensure the production of control exposure to regulate the position of the shut-off element of the shut-off valve.

Между заявляемым техническим результатом и существенными признаками изобретения существует следующая причинно-следственная связь, а именно наличие контроллера позволяет изменять закон регулирования, привод запорного элемента, реализованный в виде электропривода, позволят применить запорный элемент из класса запорной арматуры клапанного типа с возможностью четкой фиксации положения запорного элемента, данный комплекс элементов обеспечивает требуемую точность регулирования и применение данного регулятора в гидросистемах с агрессивно-абразивной средой.Between the claimed technical result and the essential features of the invention there is the following causal relationship, namely the presence of the controller allows you to change the regulation law, the drive of the locking element, implemented in the form of an electric drive, will allow you to use a locking element from the class of valves of the valve type with the ability to clearly fix the position of the locking element , this set of elements provides the required accuracy of regulation and the use of this regulator in hydraulic systems with aggression willow-abrasive medium.

Изобретение представляет собой авторегулирующее автономное устройство электронно-гидравлического действия с элементами искусственного интеллекта, которое реализуется комплексом технических элементов: запорный элемент, контроллер, измеритель расхода жидкости (расходомер), конструктивно выполненные в одном корпусе.The invention is a self-regulating autonomous device of electronic-hydraulic action with elements of artificial intelligence, which is implemented by a set of technical elements: a locking element, a controller, a liquid flow meter (flow meter), structurally made in one housing.

Применение контроллера в качестве устройства (органа), вырабатывающего регулирующее (управляющее) воздействие на электропривод и для корректировки данного закона регулирования, реализует элементы искусственного интеллекта регулятора расхода жидкости как самоадаптирующего устройства.The use of a controller as a device (body) that produces a regulatory (control) effect on an electric drive and for adjusting this regulation law implements elements of artificial intelligence of a fluid flow controller as a self-adaptive device.

Использование электропривода позволяет четко позиционировать положение штока запорного элемента на основе заложенного алгоритма с элементами искусственного интеллекта.Using an electric drive allows you to clearly position the position of the rod of the locking element based on the embedded algorithm with elements of artificial intelligence.

Коренным отличием является развязка органа, вырабатывающего управляющее воздействие (котроллера) и рабочего органа (запорного элемента), т.е. связь осуществляется на информационном уровне, а не на уровне физических взаимодействий в жидких средах как в аналогах. Управление параметрами целевых функций регулятора осуществляется посредством ввода данных требуемых технологических режимов через мобильный терминал.The fundamental difference is the isolation of the body that produces the control action (controller) and the working body (locking element), i.e. communication is carried out at the information level, and not at the level of physical interactions in liquid media as in analogues. The parameters of the target functions of the controller are controlled by entering data of the required technological modes through the mobile terminal.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема регулятора расхода жидкости.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a fluid flow controller.

Регулятор расхода жидкости содержит корпус 6 регулятора, содержащий монтажное основание 7 с входным и выходным отверстиями, позволяющими устанавливать его в гидросистему на фланцевом соединении, запорный элемент 1 запорной арматуры; электропривод 2; управляющее устройство 3 (программируемый микропроцессорный контроллер); стационарный терминал для ввода-вывода информации в контроллер 4 (жидкокристаллический дисплей и клавиатура); расходомер 5 - датчик измерения фактического расхода жидкости, например ультразвуковой цифровой датчик расхода с адаптером информационного канала по последовательному интерфейсу.The fluid flow regulator comprises a regulator body 6, comprising a mounting base 7 with inlet and outlet openings allowing it to be installed in the hydraulic system at a flange connection, a shut-off element 1 of shut-off valves; electric drive 2; control device 3 (programmable microprocessor controller); stationary terminal for input-output of information into the controller 4 (liquid crystal display and keyboard); a flow meter 5 is a sensor for measuring the actual liquid flow rate, for example, an ultrasonic digital flow sensor with an adapter for the information channel via a serial interface.

Программируемый контроллер 3, запорная арматура, датчик измерения расхода - расходомер 5 - расположены в одном корпусе 6. Запорная арматура и расходомер 5 расположены в корпусе 6 так, что поток, проходя через его присоединительные фланцы, не разделяется (не разветвляется). Электропривод 2 управляется программируемым контроллером 3. Управляющий орган - программируемый контроллер 3 - и исполнительный орган - электропривод 2 - расположены вне потока жидкости. В данном изобретении присутствует единственная подвижная деталь - запорный элемент 1 запорной арматуры. Для связи между расходомером 5 и контроллером 3 используется цифровой канал связи (обозначен пунктирными линиями). Обеспечивается однозначное соответствие управляющего воздействия контроллера 3 и положения штока запорного элемента 1 запорной арматуры.Programmable controller 3, shutoff valves, flow measurement sensor — flowmeter 5 — are located in one housing 6. Shutoff valves and a flowmeter 5 are located in housing 6 so that the flow passing through its connecting flanges is not separated (does not branch). The electric drive 2 is controlled by a programmable controller 3. The governing body - the programmable controller 3 - and the executive body - the electric drive 2 - are located outside the fluid flow. In this invention, there is only one movable part - the locking element 1 of the shutoff valves. For communication between the flowmeter 5 and the controller 3 uses a digital communication channel (indicated by dashed lines). Provides an unambiguous correspondence of the control action of the controller 3 and the position of the rod of the shut-off element 1 of the shut-off valve.

В качестве запорной арматуры используется запорная арматура клапанного типа с защитой штока от воздействия потока гидросистемы.As shut-off valves, valve-type shut-off valves with rod protection against the influence of hydraulic flow are used.

Регулятор работает следующим образом.The regulator operates as follows.

Информационный сигнал о расходе с датчика измерения фактического расхода жидкости - расходомера 5 - поступает в микропроцессорный контроллер 3, на основании которого и накопленной ранее информации микропроцессорным контроллером 3 вырабатывается управляющее воздействие. Управляющее воздействие воспроизводится (исполняется) электроприводом 2, вследствие чего изменяется положение запорного элемента 1. Затем цикл повторяется через фиксированное время, установленное программой или ранее, в соответствии с алгоритмом программы, из-за изменения текущего расхода вышедопустимых колебаний.An information signal about the flow rate from the sensor for measuring the actual flow rate of the liquid — flow meter 5 — enters the microprocessor controller 3, on the basis of which the control action is generated based on the previously accumulated information by the microprocessor controller 3. The control action is reproduced (executed) by the electric drive 2, as a result of which the position of the locking element 1 is changed. Then the cycle is repeated after a fixed time set by the program or earlier, in accordance with the program algorithm, due to a change in the current flow rate of permissible oscillations.

В процессе работы регулятора определяется и корректируется закон регулирования на основании накопленных данных о расходах и соответствующих им давлений и положений запорного элемента 1.In the process of operation of the regulator, the regulation law is determined and adjusted based on the accumulated data on the costs and the corresponding pressures and positions of the locking element 1.

Алгоритм, обрабатывающий математическую модель, заложенный в контроллере 3, на основании информации, поступающей с расходомера 5 и датчика положения затвора (в составе электропривода 2), формирует закон управления, на основании которого вырабатывается управляющее воздействие на электропривод 2, который перемещает запорный элемент 1 в положение, соответствующее требуемому расходу.The algorithm processing the mathematical model embedded in the controller 3, on the basis of information received from the flowmeter 5 and the shutter position sensor (as part of the electric drive 2), generates a control law, based on which a control action is generated on the electric drive 2, which moves the locking element 1 to position corresponding to the required flow rate.

Для коррекции контролируемого параметра (расхода) используется цифровой канал обратной связи от расходомера 5 на программируемый микропроцессорный контроллер 3, управляющее воздействие которого отрабатывает электропривод 2.To correct the controlled parameter (flow rate), a digital feedback channel is used from the flowmeter 5 to the programmable microprocessor controller 3, the control action of which is performed by the electric drive 2.

Основные преимущества предлагаемого регулятора расхода жидкости: инвариантность работы регулятора (адаптационность) к износу рабочей поверхности запорного элемента; применена запорная арматура клапанного типа, что исключает прикипание затвора, что наиболее актуально в средах с высокой степенью загрязненности, с высоким давлением и расходом (порядка 0,02 м³/с); благодаря применению контроллера имеется возможность гибкого управления целевыми функциями данного регулятора; при резких изменениях текущего расхода жидкости регулятор выходит на необходимый расход поэтапно (через расчетные временные задержки) с целью снижения фактора возникновения гидроволн (гидроударов) на основании анализа переходных процессов в данном узле ТГС; реализуется функция автоматического анализа состояния ТГС: РРЖ тестирует гидросистему, находит ее функционал и строит регулировочные характеристики, находит область линейности и точку насыщения по расходу, при отсутствии технологической карты уставок по расходу сам выбирает рабочую точку, определяет параметры переходных процессов при воздействии на ТГС со своей стороны; удерживание требуемого расхода жидкости длительное время без человеческого контроля и обслуживания посредством самоадаптации к гидравлическим параметрам гидросистемы, в том числе к техническим и структурным изменениям гидросистемы; осуществление накопления статистических данных о технологических режимах.The main advantages of the proposed fluid flow regulator: the invariance of the regulator (adaptability) to the wear of the working surface of the locking element; valve type valves were used, which eliminates the sticking of the valve, which is most important in environments with a high degree of contamination, with high pressure and flow rate (about 0.02 m ³ / s); thanks to the use of the controller, it is possible to flexibly control the target functions of this controller; in case of sharp changes in the current fluid flow, the regulator reaches the required flow in stages (through the estimated time delays) in order to reduce the factor of occurrence of water waves (water hammer) based on the analysis of transients in this TGS unit; a function of automatic analysis of the state of the TGS is implemented: the RRG tests the hydraulic system, finds its functional and builds the adjustment characteristics, finds the linearity region and the saturation point for the flow, in the absence of a flow chart of the settings for the flow, it selects the operating point, determines the parameters of the transient processes when acting on the TGS with its parties; retention of the required fluid flow rate for a long time without human control and maintenance through self-adaptation to the hydraulic parameters of the hydraulic system, including technical and structural changes in the hydraulic system; the accumulation of statistical data on technological modes.

Claims (1)

Регулятор расхода жидкости, содержащий корпус, в котором расположены расходомер, запорная арматура с электроприводом и контроллер, связанный с расходомером и электроприводом, отличающийся тем, что в качестве расходомера использован ультразвуковой цифровой датчик расхода, запорный элемент запорной арматуры выполнен в форме затвора, а контроллер снабжен встроенным терминалом.A fluid flow regulator comprising a housing in which a flowmeter is located, shutoff valves with an electric actuator and a controller associated with a flowmeter and an electric actuator, characterized in that an ultrasonic digital flow sensor is used as a flowmeter, the shutoff element is made in the form of a shutter, and the controller is equipped with built-in terminal.