Система беспроводного привода клапана и способ управления клапаном - RU2720961C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение относится в целом к системам привода клапана, и более конкретно, к системе беспроводного пневмогидравлического привода и способу использования клапана в трубопроводе природного газа.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Как правило, пневмогидравлические приводы (также называемые пневматическими/гидравлическими приводами или газовыми приводами) устанавливают на клапанах, таких как запорные клапаны, в распределительном трубопроводе природного газа и используют для управления клапанами с помощью природного газа высокого давления. Например, пневмогидравлический привод может быть приведен в действие посредством давления природного газа, отбираемого непосредственно из трубопровода природного газа, например 75 бар. В такой традиционной системе все электрооборудование должно быть сертифицировано для конкретной опасной зоны, как и какое-либо электрическое соединение между постом управления и пневмогидравлическим приводом.

[003] В одном примере и, как показано на фиг. 1A и 1B, традиционный пневмогидравлический привод 10 содержит пневмогидравлический бак 12 открытой стороны и пневмогидравлический бак 14 закрытой стороны. Монтажный кронштейн 16 может быть использован для установки пневмогидравлического привода 10 на клапане, расположенном в трубопроводе природного газа (не показано).

[004] Как показано на фиг. 1B, пневмогидравлический привод 10 также содержит открывающий электромагнитный клапан 18 и закрывающий электромагнитный клапан 20, оба из которых могут быть установлены, например на элементе управления приводом. Команда, такая как команда размыкания/замыкания, от проводных силовых вводов, например двух различных напряжений 24 В постоянного тока, направляется к открывающему электромагнитному клапану 18 и закрывающему электромагнитному клапану 20 для управления и работы клапана. Кроме того, на верхней части пневмогидравлического привода 10 установлен концевой выключатель 22 (фиг. 1A), он используется для обратной связи по открытому/закрытому положению. В качестве обратной связи по открытому/закрытому положению используют два разных проводных сигнала.

[005] Кроме того, как правило, на пневмогидравлическом приводе 10 установлены две различные системы ручной коррекции, система коррекции масла (не показано) и система ручной коррекции электромагнитного клапана (не показано). Система коррекции масла перемещает клапан, если трубопровод пустой, или если давление природного газа недостаточное. Система ручной коррекции электромагнитного клапана перемещает клапан, если электрооборудование или электроснабжение выходит из строя.

[006] Пневмогидравлический привод 10 может быть управляемым удаленно с помощью местной электрической пусковой кнопки или из главного диспетчерского центра. В одном примере одна или более ламп на панели управления (HSV) могут отображать открытое/закрытое положение клапана, а электрическая панель управления (HSV) расположена в безопасной зоне. В некоторых конфигурациях планировки установки в трубопроводе также установлены два датчика давления, один выше по потоку, и один ниже по потоку относительно клапана. Датчики давления отслеживают давление газа в трубопроводе и проверяют какую-либо утечку газа, когда клапан находится, например в закрытом положении.

[007] В указанной традиционной системе все приборы, расположенные в установке, физически соединены посредством бронированных кабелей и кабельных муфт, например с панелью управления, установленной на посте управления. Вследствие присущей изоляционным слоям кабеля пористости возникали явления проницаемости. Кроме того, вся электрическая проводка выполнена путем применения подходящих лотков вдоль кабельных трасс для предотвращения возникновения механических нагрузок.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[008] В соответствии с первым приводимым в качестве примера аспектом изобретения раскрыта система пневмогидравлического привода для использования с клапаном в трубопроводе природного газа, которая содержит пневмогидравлический привод и беспроводной монитор положения, функционально связанный с пневмогидравлическим приводом. Беспроводной монитор положения содержит встроенный золотниковый клапан с открытым центром и выполнен с возможностью соединения с обеспечением связи с удаленной рабочей станцией. По меньшей мере одно коммутационное реле функционально связано с пневмогидравлическим приводом и беспроводным монитором положения. По меньшей мере одно коммутационное реле выполнено с возможностью получения сигнала от золотникового клапана с открытым центром беспроводного монитора положения. После беспроводного приема команды от удаленной рабочей станции беспроводной монитор положения подает сигнал от золотникового клапана с открытым центром по меньшей мере к одному коммутационному реле для управления подачей давления к пневмогидравлическому приводу и для перемещения клапана в заданное положение.

[009] В соответствии с другим приводимым в качестве примера аспектом настоящего изобретения система управления процессом содержит клапан, устанавливаемый в трубопроводе природного газа, и систему пневмогидравлического привода, функционально связанную с клапаном. Система пневмогидравлического привода содержит пневмогидравлический привод и беспроводной монитор положения, функционально связанный с пневмогидравлическим приводом. Беспроводной монитор положения имеет встроенный пневматический пилотный клапан. Кроме того, по меньшей мере одно коммутационное реле функционально связано с пневмогидравлическим приводом и беспроводным монитором положения, при этом по меньшей мере одно коммутационное реле служит для приема сигнала от пневматического пилотного клапана беспроводного монитора положения. Система управления технологическим процессом также содержит рабочую станцию, имеющую управляющее устройство, соединенное с обеспечением связи с беспроводным монитором положения через беспроводную сеть. Таким образом, после получения команды от управляющего устройства через беспроводную сеть, беспроводной монитор положения подает сигнал от пневматического пилотного клапана по меньшей мере к одному коммутационному реле для управления подачей давления к пневмогидравлическому приводу, перемещающему клапан в заданное положение.

[0010] В соответствии со следующим приводимым в качестве примера аспектом настоящего изобретения раскрыта система беспроводного привода для использования с клапаном, устанавливаемом в трубопроводе природного газа. Система беспроводного привода содержит привод, выполненный с возможностью функциональной связи с клапаном, располагаемым в трубопроводе природного газа, и беспроводной монитор положения, функционально связанный с приводом. Беспроводной монитор положения содержит встроенный золотниковый клапан с открытым центром и выполнен с возможностью соединения с обеспечением связи с удаленной рабочей станцией через беспроводную сеть. По меньшей мере одно коммутационное реле функционально связано с приводом и беспроводным монитором положения. По меньшей мере одно коммутационное реле служит для приема сигнала давления от золотникового клапана с открытым центром беспроводного монитора положения. После получения беспроводной команды от удаленной рабочей станции беспроводной монитор положения подает сигнал давления от золотникового клапана с открытым центром по меньшей мере к одному коммутационному реле для управления подачей давления к приводу и перемещения клапана в заданное положение.

[0011] В еще одном приводимом в качестве примера аспекте настоящего изобретения раскрыт способ управления клапаном, располагаемым в трубопроводе природного газа. Способ включает в себя объединение беспроводного монитора положения с приводом, функционально связанным с клапаном, при этом беспроводной монитор положения соединен с обеспечением связи с рабочей станцией через беспроводную сеть, и передачу по беспроводной сети через один или более передатчиков команды от управляющего устройства рабочей станции к беспроводному монитору положения. Способ также включает отправку сигнала давления от пневматического пилотного клапана беспроводного монитора положения по меньшей мере к одному коммутационному реле после получения команды, при этом по меньшей мере одно коммутационное реле функционально связано с беспроводным монитором положения и приводом. Способ также включает управление подачей высокого давления к приводу посредством по меньшей мере одного коммутационного реле для перемещения клапана в заданное положение в ответ на сигнал давления, полученный от пневматического пилотного клапана.

[0012] В соответствии с одним или более приводимых в качестве примера аспектами система пневмогидравлического привода, система управления процессом и/или система привода согласно настоящему изобретению может содержать какую-либо одну или более из следующих дополнительных предпочтительных форм.

[0013] В некоторых предпочтительных формах удаленная рабочая станция может содержать удаленную рабочую станцию, содержащую одно или более управляющих устройств, сетевой шлюз, соединенный с обеспечением связи с управляющим устройством, портативный компьютер, связанный с сетевым шлюзом, панель управления, функционально связанную с управляющим устройством, и ЖК-дисплей, функционально связанный с управляющим устройством. Кроме того, пневмогидравлический привод может также содержать первый бак для газа/масла, второй бак для газа/масла, и систему ручной коррекции, расположенную между первым и вторым баками для газа/масла и рядом с ними. Кроме того, система может содержать коммутационное реле с разомкнутыми контактами и коммутационное реле с замкнутыми контактами, при этом коммутационные реле с разомкнутыми и замкнутыми контактами функционально связаны с пневмогидравлическим приводом и беспроводным монитором положения. Кроме того, пневмогидравлический привод может также содержать первый бак и второй бак, при этом первый бак сообщается с коммутационным реле с разомкнутыми контактами, а второй бак сообщается с коммутационным реле с замкнутыми контактами, и каждое из коммутационных реле с разомкнутыми и замкнутыми контактами может содержать вентиляционное отверстие.

[0014] В некоторых других предпочтительных формах сигнал от золотникового клапана с открытым центром, подаваемый по меньшей мере к одному коммутационному реле, является сигналом низкого давления, а подача давления к пневмогидравлическому приводу является подачей высокого давления. В другом примере сигнал от золотникового клапана с открытым центром, подаваемый по меньшей мере к одному коммутационному реле, является сигналом высокого давления, а подача давления к пневмогидравлическому приводу имеет тот же уровень давления, что и сигнал высокого давления.

[0015] В некоторых предпочтительных формах система также содержит регулятор давления, функционально связанный с беспроводным монитором положения. Регулятор давления может иметь предохранительный клапан и может ограничивать входное давление от трубопровода природного газа к золотниковому клапану с открытым центром беспроводного монитора положения. Кроме того, по меньшей мере одно коммутационное реле может включать ручную коррекцию для обеспечения местной работы в ручном режиме, если беспроводной монитор положения выходит из строя.

[0016] В других предпочтительных формах система также содержит по меньшей мере один электромагнитный клапан, расположенный снаружи и функционально связанный с беспроводным монитором положения, при этом по меньшей мере один электромагнитный клапан приводится в действие от беспроводного монитора положения для обеспечения подачи газа высокого давления из трубопровода природного газа через золотниковый клапан с открытым центром по меньшей мере к одному коммутационному реле.

[0017] Кроме того, для поддержания по меньшей мере одного коммутационного реле в разомкнутом положении в течение времени, необходимого для выполнения клапаном хода на заданное расстояние, может быть включен спускной клапан. В одном примере спускной клапан может быть снабжен стопорной гайкой для предотвращения вмешательства, и, кроме того, может быть расположен в запираемой камере.

[0018] В других предпочтительных формах система может также содержать по меньшей мере один ограничитель крутящего момента, расположенный между беспроводным монитором положения и по меньшей мере одним коммутационным реле, для предотвращения воздействия излишнего крутящего момента со стороны пневмогидравлического привода.

[0019] Раскрыты дополнительные необязательные аспекты и элементы, которые могут быть выполнены каким-либо функционально подходящим способом, либо по отдельности, либо в какой-либо функционально пригодной комбинации, в соответствии с принципами изобретения. Другие аспекты и преимущества будут очевидны после рассмотрения следующего подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0020] Описанные ниже фигуры изображают различные аспекты раскрытых в настоящем документе системы и способов. Должно быть понятно, что каждая фигура изображает пример отдельного аспекта раскрытой системы и способов, и что каждая из фигур должна соответствовать возможному примеру. Кроме того, по возможности, следующее описание относится к номерам позиций, включенным в следующие фигуры, на которых элементы, изображенные на нескольких фигурах, обозначены одними номерами позиций.

[0021] На фигурах показаны схемы, описанные в настоящем документе, но при этом следует иметь в виду, что настоящие примеры не ограничены точно показанными устройствами и приборами, на которых:

[0022] Фиг. 1A представляет схематический вид спереди известного пневмогидравлического привода;

[0023] Фиг. 1B представляет схематический вид сверху известного пневмогидравлического привода по фиг. 1A;

[0024] Фиг. 2 представляет вид в перспективе системы управления процессом, содержащей систему беспроводного пневмогидравлического привода согласно настоящему изобретению;

[0025] Фиг. 3A представляет схематический вид системы пневмогидравлического привода по фиг. 2;

[0026] Фиг. 3B представляет схематический увеличенный вид золотникового клапана с открытым центром системы пневмогидравлического привода по фиг. 3A;

[0027] Фиг. 4 представляет схематический вид системы пневмогидравлического привода по фиг. 2 в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, при этом система пневмогидравлического привода содержит по меньшей мере один ограничитель крутящего момента;

[0028] Фиг. 5 представляет вид в перспективе системы беспроводного привода в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения;

[0029] Фиг. 6A представляет схематический вид системы пневмогидравлического привода в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения и

[0030] Фиг. 6B представляет схематический увеличенный вид золотникового клапана с открытым центром системы пневмогидравлического привода по фиг. 6A.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0031] В целом, раскрыта система пневмогидравлического привода для использования в клапане в трубопроводе природного газа. Система пневмогидравлического привода содержит пневмогидравлический привод и беспроводной монитор положения, функционально связанный с пневмогидравлическим приводом. Беспроводной монитор положения содержит встроенный золотниковый клапан с открытым центром и соединен с обеспечением связи с удаленной рабочей станцией через беспроводную сеть. Система также содержит по меньшей мере одно коммутационное реле, функционально связанное с пневмогидравлическим приводом и беспроводным монитором положения.

[0032] После получения команды от удаленной рабочей станции по беспроводной сети беспроводной монитор положения подает сигнал давления от золотникового клапана с открытым центром по меньшей мере к одному коммутационному реле для управления подачей давления к пневмогидравлическому приводу и для перемещения клапана в заданное положение без какого-либо проводного соединения. Иначе говоря, новая система пневмогидравлического привода обеспечивает беспроводное, удаленное управление клапаном без какого-либо проводного соединения, необходимого для поддержания всех функциональных возможностей известной проводной системы. Новая система пневмогидравлического привода также обеспечивает сбор данных и обратную связь одного или более из клапана или привода, как более подробно описано ниже.

[0033] Как показано на фиг. 2, система 100 управления процессом содержит систему 110 пневмогидравлического привода, функционально связанную с клапаном 112, установленным или расположенным в трубопроводе 114 природного газа. Пневмогидравлическая система 110 содержит пневмогидравлический привод 116 и беспроводной монитор 118 положения, функционально связанный с пневмогидравлическим приводом 116. Беспроводной монитор 118 положения заменяет концевые выключатели известных систем и отслеживает положение клапана 112 с использованием системы сцепления магнитного потока. В одном примере и, как показано на фиг. 2, пневмогидравлический привод 116 содержит первый бак 120 для газа/масла и второй бак 122 для газа/масла, и беспроводной монитор 118 положения, расположенный между первым и вторым баками 120, 122 для газа/масла. Это положение беспроводного монитора 118 положения помогает беспроводному монитору 118 положения измерять перепад давления в пневмогидравлическом приводе 116, таком как поршень пневмогидравлического привода 116.

[0034] В одном примере беспроводной монитор 118 положения представляет собой беспроводной монитор положения Fisher 4320/TopWorx 4310 Wireless Position Monitor с возможностью управления включением/отключением. Комплексная возможность диагностики беспроводного монитора положения Fisher 4320/TopWorx 4310 Wireless Position Monitor, например обратной связи в процентах по перемещению, времени закрытия, времени открытия, и предупредительным сигналам обеспечивает сбор данных и обратную связь, как клапана 112, так и пневмогидравлического привода 116, по положению хода и времени хода. Кроме того, беспроводной монитор положения Fisher 4320/TopWorx 4310 Wireless Position Monitor может инициировать аварийные и/или предупредительные сигналы в соответствии с потребностями заказчика. Хотя в одном примере беспроводной монитор положения Fisher 4320/TopWorx 4310 Wireless Position Monitor представляет собой беспроводной монитор 118 положения системы 100 управления процессом, специалисту в данной области будет понятно, что альтернативно могут быть использованы другие беспроводные мониторы положения, и они также подпадают под действие настоящего изобретения.

[0035] Беспроводной монитор 118 положения содержит встроенный пневматический пилотный клапан 123 (фиг. 3A), такой как золотниковый клапан с открытым центром, и одну или более антенн 126 или сетевой интерфейс (не показан) для приема сигналов от удаленного источника через беспроводную сеть, как подробно описано ниже. Беспроводной монитор 118 положения также содержит по меньшей мере одно коммутационное реле 124 (фиг. 3A), функционально связанное с пневмогидравлическим приводом 116 и беспроводным монитором 118 положения. По меньшей мере одно коммутационное реле 124 принимает сигнал от пневматического пилотного клапана 123, такого как золотниковый клапан 123 с открытым центром, для управления подачей давления к пневмогидравлическому приводу 116, что также более подробно описано относительно фиг. 3A.

[0036] Система 110 пневмогидравлического привода может также содержать спускной клапан 130 для поддержания по меньшей мере одного коммутационного реле 124 (фиг. 3A) в необходимом положении, таком как, например разомкнутое положение или замкнутое положение, в течение времени, необходимого для выполнения клапаном 112 хода на заданное расстояние. Спускной клапан 130 может содержать стопорную гайку 132 для предотвращения вмешательства, и расположен в запираемой камере 134. В одном примере запираемая камера 134, снабженная спускным клапаном 130 и расположена рядом со вторым баком 122 для газа/масла пневмогидравлического привода 116.

[0037] Когда клапан 112 не завершает ход на заданное расстояние, а значение крутящего момента является приемлемым, беспроводной монитор 118 положения может снова отправлять сигнал давления по меньшей мере к одному коммутационному реле 124 для завершения хода. В альтернативном варианте может быть отправлено предупредительное сообщение на ЖК или другой дисплей, например, такое как, сообщение, читаемое «Предупреждение: Клапан находится в несоответствующем положении».

[0038] Система 100 управления процессом также содержит рабочую станцию 140, содержащую по меньшей мере один беспроводной сетевой шлюз 142, такой как беспроводной шлюз Fisher Smart Wireless Gateway 1410/1420. Сетевой шлюз 142 Fisher Smart Wireless Gateway соединяет самоорганизующуюся сеть WirelessHART с главными компьютерными системами и информационными приложениями. Сетевой шлюз Smart Wireless Gateway также содержит многоуровневую защиту для гарантии постоянной защиты какой-либо сети. Как дополнительно показано на фиг. 2, также предусмотрен второй или резервный «горячий» вспомогательный шлюз 142 на случай нарушения или выхода из строя первого шлюза 142. Управляющее устройство 144 функционально связано с беспроводным шлюзом 142 через коммуникационный протокол Modbus, в одном примере, и также соединено с обеспечением связи с беспроводным монитором 118 положения через беспроводную сеть 150. Более конкретно, беспроводной шлюз 142 может содержать один или более из следующего: по меньшей мере одну антенну 146, по меньшей мере один передатчик, и по меньшей мере один приемник для одного или более передаваемых сигналов к беспроводному монитору 118 положения и принимаемых сигналов от него через беспроводную сеть 150. В одном примере управляющее устройство 144 представляет собой управляющее устройство FloBoss FB107 и содержит процессор 148, память 149, исполняемую процессором 148, и передатчик 151. Специалисту в данной области будет понятно, что управляющее устройство 144 в альтернативном варианте может представлять собой другие управляющие устройства и может быть дополнительно связано с беспроводным шлюзом 142 через другие средства связи, и также подпадает под объем настоящего изобретения.

[0039] Рабочая станция 140 системы 100 управления процессом может также содержать портативный компьютер 156, связанный с беспроводным шлюзом 142, например через локальную вычислительную сеть Ethernet. Кроме того, в некоторых примерах местная панель 158 управления может быть функционально связана с управляющим устройством 144 и ЖК-дисплеем 160, который может включать в себя сенсорный экран, а также может быть функционально связана с управляющим устройством 144 удаленной рабочей станции 140. Оператор может привести в действие одну или более из кнопок или клавиш портативного компьютера 156 или местной панели 158 управления, или сенсорный экран ЖК-дисплея 160 для вызова беспроводной команды открывания/закрывания от управляющего устройства 144 к беспроводному монитору 118 положения для управления клапаном 112. Кроме того, ЖК-дисплей может отображать диагностическую информацию и аварийные сигналы для операторов. Кроме того, в одном примере удаленная станция 140 может быть расположена в одном из местных постов 159 управления или в главном диспетчерском центре 159, и также подпадает под объем настоящего изобретения.

[0040] Кроме того, рабочая станция 140 также содержит центральную систему 108 управления. Как показано на фиг. 2, например, система 108 управления функционально связана с одним или более из следующего: беспроводным шлюзом 142, управляющим устройством 144 и портативным компьютером 156. Пользователь может вызывать определенные команды с помощью системы 108 управления, например для удаленного управления системой 110 пневмогидравлического привода.

[0041] Более конкретно, после получения команды, такой как команда открывания/закрывания, от управляющего устройства 144 и/или системы 108 управления через беспроводной шлюз 142 и беспроводную сеть 150, беспроводной монитор 118 положения подает сигнал давления от пневматического пилотного клапана 123 (фиг. 3A) по меньшей мере к одному коммутационному реле 124. В одном примере сигнал является сигналом низкого давления, например сигналом низкого давления 7 бар. Это позволяет по меньшей мере одному коммутационному реле 124 управлять подачей давления к пневмогидравлическому приводу 116 для перемещения клапана 112 в заданное положение и отслеживания положения клапана 112. Кроме того, подача давления к пневмогидравлическому приводу 116 является подачей высокого давления, например подачей высокого давления до 75 бар.

[0042] Кроме того, чтобы свести к минимуму утечку аккумуляторной батареи, управляющая команда от управляющего устройства 144 может поддерживаться в течение, например всего нескольких секунд. Следовательно, спускной клапан 130 установлен для поддержания по меньшей мере одного коммутационного реле 124 в заданном положении в течение заданного времени.

[0043] Как дополнительно изображено на фиг. 2, система 100 управления процессом может также содержать датчик 162 перепада давления. Датчик 162 перепада давления функционально связан с пневмогидравлическим приводом 116 и может измерять, например одно или более из следующего: перепад давления в пневмогидравлическом приводе 116 или крутящий момент открывания клапана 112. Датчик 162 перепада давления также соединен с обеспечением связи с рабочей станцией 140 через беспроводную сеть 150 и беспроводной шлюз 142. Это обеспечивает сбор данных и обратную связь, например по перепаду давления в пневмогидравлическом приводе 118 и крутящему моменту срабатывания клапана 112. В одном примере память портативного компьютера 156 сохраняет такие данные, связанные с перепадом давления пневмогидравлического привода 118 и крутящим моментом срабатывания клапана 112, и отображает данные на экране портативного компьютера 156 для дальнейшего анализа.

[0044] В еще одном примере система 100 управления процессом может также содержать первый датчик 164 давления, расположенный в трубопроводе 114 природного газа выше по потоку относительно клапана 112 для измерения давления выше по потоку относительно клапана 112. Кроме того, второй датчик 166 давления может быть расположен в трубопроводе 114 природного газа ниже по потоку относительно клапана 112 для измерения давления в трубопроводе 114 природного газа ниже по потоку относительно клапана 112. Каждый из первого и второго датчиков 162, 164 давления соединен с обеспечением связи с беспроводным шлюзом 142 рабочей станции 140 через беспроводную сеть 150. Это обеспечивает, например, сбор данных и обратную связь по давлению в трубопроводе 114 природного газа, как выше, так и ниже по потоку относительно клапана 112.

[0045] Как показано, на фиг. 3A, изображен схематический вид системы 110 пневмогидравлического привода по фиг. 2. Также, как показано на фиг. 2, система 110 пневмогидравлического привода содержит пневмогидравлический привод 116, снабженный первым баком 120 для газа/масла и вторым баком 122 для газа/масла. Каждый из первого и второго баков 120, 122 для газа/масла сообщается по текучей среде с подачей высокого давления, например подачей высокого давления до 75 бар. Рядом с первым и вторым баками 120, 122 для газа/масла расположена система 128 ручной коррекции.

[0046] По меньшей мере одно коммутационное реле 124 может включать в себя коммутационное реле 124a с замкнутыми контактами, сообщающееся по текучей среде с первым баком 120 для газа/масла, и коммутационное реле 124b с разомкнутыми контактами, сообщающееся по текучей среде со вторым баком 122 для газа/масла. Каждое из коммутационных реле 124a, 124b включает вентиляционное отверстие 125 и ручную коррекцию (не показано) на случай выхода из строя коммутационных реле 124a, 124b.

[0047] Беспроводной монитор 118 положения содержит первый пьезоэлектрический клапан 119, второй пьезоэлектрический клапан 121, и пневматический пилотный клапан 123. В одном примере пневматический пилотный клапан 123 представляет собой золотниковый клапан 123 с открытым центром, закрытие которого изображено на фиг. 3B.

[0048] Золотниковый клапан 123 с открытым центром беспроводного монитора 118 положения функционально связан с регулятором 170 давления, который содержит предохранительный 172 клапан. Регулятор 170 давления ограничивает входное давление от трубопровода 114 (фиг. 2) к золотниковому клапану 123 с открытым центром беспроводного монитора 118 положения. Золотниковый клапан 123 с открытым центром обеспечивает прохождение газа низкого давления, например 7 бар, отбираемого из трубопровода 114 природного газа высокого давления с помощью регулятора 170 давления, через золотниковый клапан 123 и в коммутационные реле 124a, 124b.

[0049] Как показано на фиг. 3B, и в одном примере, золотниковый клапан 123 с открытым центром беспроводного монитора 118 положения представляет собой золотниковый клапан с открытым центром 5/3, как понятно специалисту в данной области. Конфигурация с открытым центром обеспечивает прохождение сигнала низкого давления от регулятора 170 давления через золотниковый клапан 123 беспроводного монитора 118 положения в первое и второе коммутационные реле 124a, 124b. Это позволяет коммутационным реле 124a, 124b управлять подачей высокого давления к пневмогидравлическому приводу 116, в конечном счете, для работы и управления клапаном 112. Наличие золотникового клапана с закрытым центром, например, препятствовало бы прохождению газа низкого давления от регулятора 170 давления через золотниковый клапан 123 в коммутационные реле 124a, 124b и эффективному управлению подачей газа высокого давления в пневмогидравлический привод 116.

[0050] Кроме того, поскольку питающая среда природного газа отбирается прямо из трубопровода 114, рядом с регулятором 170 давления и в сообщении с ним по текучей среде установлен фильтр 174, например для защиты устройств ниже по потоку. В еще одном примере рядом с предохранительным клапаном 172 расположен манометр 176 для измерения и отображения подачи низкого давления, например 7 бар, проходящего от регулятора 170 давления к беспроводному монитору 118 положения и коммутационным реле 124a, 124b.

[0051] В еще одном примере система 110 пневмогидравлического привода может также содержать по меньшей мере один ограничитель 180 крутящего момента, как показано на фиг. 4. Более конкретно, и для ясности, система 110 пневмогидравлического привода по фиг. 4 представляет собой систему 110 пневмогидравлического привода по фиг. 3A, также содержащую по меньшей мере один ограничитель 180 крутящего момента. Например, первый ограничитель 181 крутящего момента может быть расположен между беспроводным монитором 118 положения и первым коммутационным устройством 124a. Кроме того, второй ограничитель 182 крутящего момента может быть расположен между беспроводным монитором 118 положения и вторым коммутационным устройством 124b. Таким образом, каждый из первого и второго ограничителей 181, 182 крутящего момента препятствует избыточному крутящему моменту, который может развиваться пневмогидравлическим приводом 116.

[0052] Как показано на фиг. 5, изображена другая система 200 управления процессом с другим примером системы 210 беспроводного привода, функционально связанного с клапаном 212, установленным или расположенным в трубопроводе 214 природного газа. Система 210 беспроводного привода содержит привод 217 и беспроводной монитор 118 положения, функционально связанный с приводом 217. В одном примере привод 217 содержит кожух 219, а беспроводной монитор 118 положения расположен на кожухе 219.

[0053] Как описано в отношении системы 110 пневмогидравлического привода по фиг. 2, 3A и 3B, беспроводной монитор 118 положения системы 210 беспроводного привода также содержит встроенный пневматический пилотный клапан 123 (фиг. 3A), такой как золотниковый клапан с открытым центром, и одну или более антенну 126 или сетевой интерфейс (не показано) для приема сигналов от удаленного источника через беспроводную сеть 250, как более подробно описано ниже. Беспроводной монитор 118 положения также содержит по меньшей мере одно коммутационное реле 124 (фиг. 3A), функционально связанное с приводом 217 и беспроводным монитором 118 положения. По меньшей мере одно коммутационное реле 128 принимает сигнал от пневматического пилотного клапана 123, такого как, в одном примере, золотниковый клапан 123 с открытым центром, для управления подачей давления к приводу 217, что также более подробно описано ниже.

[0054] Аналогично системе 100 управления процессом по фиг. 2, система 200 управления процессом также содержит рабочую станцию 240, снабженную беспроводным шлюзом 242, например, беспроводным шлюзом Smart Wireless Gateway 1410/1420. Управляющее устройство 244 функционально связано с беспроводным шлюзом 242 и соединено с обеспечением связи с беспроводным монитором 118 положения. Более конкретно, беспроводной шлюз 242 может содержать одно или более из следующего: по меньшей мере одну антенну 246, по меньшей мере один передатчик, и по меньшей мере один приемник для одного или более передаваемых сигналов к беспроводному монитору 118 положения и принимаемых сигналов от него через беспроводную сеть 250, например, сеть WirelessHART. В одном примере управляющее устройство 244 содержит процессор 248, память 249, исполняемую процессором 248, и передатчик 251. Специалисту в данной области техники будет понятно, что управляющее устройство 244 в альтернативном варианте может представлять собой разнообразные другие управляющие устройства, и также подпадает под объем настоящего изобретения.

[0055] Рабочая станция 240 системы 200 управления процессом может также содержать портативный компьютер 256, связанный с беспроводным шлюзом 242. Оператор может привести в действие одну или более из кнопок или клавиш портативного компьютера 256 или управляющего устройства 244 для вызова беспроводной команды открывания/закрывания от управляющего устройства 244 к беспроводному монитору 118 положения к приводу 217 для управления клапаном 212. Кроме того, удаленная станция 240 может быть расположена в одном из местных постов 159 управления или в главном диспетчерском центре 159, и также подпадает под объем настоящего изобретения.

[0056] Кроме того, рабочая станция 240 может также содержать центральную систему 208 управления. Как показано на фиг. 5, например, система 208 управления функционально связана с одним или более из следующего: беспроводным шлюзом 242, управляющим устройством 244 и портативным компьютером 256. Пользователь может вызывать определенные команды с помощью системы 208 управления, например для удаленного управления системой 210 пневмогидравлического привода.

[0057] Более конкретно, и аналогично системе 110 пневмогидравлического привода по фиг. 2, после получения команды от управляющего устройства 244 и/или системы 208 управления через беспроводной шлюз 242 и беспроводную сеть 250, беспроводной монитор 118 положения подает сигнал от пневматического пилотного клапана 123 (фиг. 3A) по меньшей мере к одному коммутационному реле 124. В одном примере сигнал является сигналом низкого давления, например сигналом низкого давления 7 бар. Это позволяет по меньшей мере одному коммутационному реле 124 управлять подачей давления к приводу 217 для перемещения клапана 212 в заданное положение и отслеживания положения клапана 212. В другом примере привод 217 служит для подачи высокого давления, например подачи высокого давления в диапазоне 1-75 бар.

[0058] Аналогично системе 100 управления процессом по фиг. 2, система 200 управления процессом, изображенная на фиг. 5, также может также содержать первый датчик 264 давления, расположенный в трубопроводе 214 природного газа выше по потоку относительно клапана 212, для измерения давления выше по потоку относительно клапана 212. Кроме того, второй датчик 266 давления может быть расположен в трубопроводе 214 природного газа ниже по потоку относительно клапана 212 для измерения давления в трубопроводе 214 природного газа ниже по потоку относительно клапана 212. Каждый из первого и второго датчиков 264, 266 давления соединен с обеспечением связи с беспроводным шлюзом 242 рабочей станции 240 через беспроводную сеть 250. Это обеспечивает, например, сбор данных и обратную связь по давлению в трубопроводе 214 природного газа выше и ниже по потоку относительно клапана 212.

[0059] В еще одном примере и, как показано на фиг. 6A, представлен схематический вид другого примера системы 310 пневмогидравлического привода в соответствии с настоящим изобретением. Система 310 пневмогидравлического привода может быть функционально связана с клапаном 312, который может быть установлен или расположен в трубопроводах 114, 214 природного газа, изображенных, например на фиг. 2 и 5 соответственно. Кроме того, система 310 пневмогидравлического привода может быть функционально связана с рабочей станцией 140 через беспроводную сеть 150 системы 100 управления процессом (фиг. 2), заменяя систему 110 пневмогидравлического привода по фиг. 2. В другом примере система 310 пневмогидравлического привода может быть функционально связана с рабочей станцией 240 системы 200 управления процессом (фиг. 5) через беспроводную сеть 250, заменяя, например систему 210 беспроводного привода по фиг. 5. В любом случае, рабочие станции 140, 240 работают относительно системы 310 пневмогидравлического привода таким же образом, как описано выше относительно системы 110 пневмогидравлического привода или системы 210 беспроводного привода соответственно.

[0060] Более конкретно, и как показано на фиг. 6A, система 310 пневмогидравлического привода содержит пневмогидравлический привод 316, снабженный первым баком 320 для газа/масла и вторым баком 322 для газа/масла. Каждый из первого и второго баков 320, 322 для газа/масла сообщается по текучей среде с подачей высокого давления, например подачей высокого давления до 75 бар. Рядом с первым и вторым баками 120, 122 для газа/масла расположена система 328 ручной коррекции.

[0061] Система 310 пневмогидравлического привода также содержит по меньшей мере одно коммутационное реле 324, содержащее коммутационное реле 324a с замкнутыми контактами, сообщающееся по текучей среде с первым баком 320 для газа/масла, и коммутационное реле 324b с разомкнутыми контактами, сообщающееся по текучей среде со вторым баком 322 для газа/масла. Каждое из коммутационных реле 324a, 324b включает вентиляционное отверстие 325 и ручную коррекцию (не показано) на случай выхода из строя коммутационных реле 324a, 324b.

[0062] Система 310 также содержит беспроводной монитор 318 положения, снабженный пневматическим пилотным клапаном 323. В одном примере пневматический пилотный клапан 323 представляет собой золотниковый клапан 323 с открытым центром, закрытие которого изображено на фиг. 6B. Как дополнительно показано на фиг. 6A и в данном примере, система 317 электромагнитного клапана расположена снаружи от беспроводного монитора 318 положения и электрически соединена с беспроводным монитором 318 положения. Иначе говоря, система 317 электромагнитного клапана функционально связана с беспроводным монитором 318 положения через физическую проводку. Более конкретно, система 317 электромагнитного клапана содержит по меньшей мере один электромагнитный клапан, такой как первый пьезоэлектрический клапан 319 и второй пьезоэлектрический клапан 321, оба из которых непосредственно соединены проводами с беспроводным монитором 318 положения. Кроме того, система 317 электромагнитного клапана может также содержать систему 340 ручной коррекции, как дополнительно показано на фиг. 6A, которая может быть задействована в случае выхода из строя системы 317 электромагнитного клапана.

[0063] В отличие от золотникового клапана 123 с открытым центром беспроводного монитора 118 положения, изображенного на фиг. 3A, золотниковый клапан 323 с открытым центром беспроводного монитора 318 положения не связан функционально ни с одним регулятором давления, который ограничивает входное давление от трубопровода 114, 214 (фиг. 2 и 5) в золотниковый клапан 323 с открытым центром. Вернее, после получения команды от управляющего устройства 144, 244 через беспроводную сеть 150, 250, беспроводной монитор 318 положения приводит в действие по меньшей мере один электромагнитный клапан системы 317 электромагнитного клапана, такой как первый и второй пьезоэлектрические клапаны 319, 321, с помощью подачи высокого давления от трубопровода 114, 214 природного газа. Подача высокого давления по меньшей мере от одной системы 317 электромагнитного клапана выполняется через золотниковый клапан 323 с открытым центром и по меньшей мере к одному коммутационному реле 324a, 324b. В результате, например в системе 310 используется только один уровень давления, который является тем же уровнем давления, что и давление газа в трубопроводе 114 природного газа. Иначе говоря, сигнал от золотникового клапана 323 с открытым центром, подаваемый по меньшей мере к одному коммутационному реле 324a, 324b, является сигналом высокого давления, и подача давления к пневмогидравлическому приводу 316 имеет тот же уровень давления, что и сигнал высокого давления. В результате, например, для постепенного снижения и/или уменьшения высокого давления перед прохождением через золотниковый клапан 323 с открытым центром не требуется регулятор давления.

[0064] Как показано на фиг. 6B, и в одном примере, золотниковый клапан 323 с открытым центром беспроводного монитора 318 положения представляет собой золотниковый клапан с открытым центром 5/3, как понятно специалисту в данной области. Конфигурация с открытым центром обеспечивает прохождение сигнала давления от первого и второго пьезоэлектрических клапанов 319, 321 и/или по меньшей мере одного электромагнитного клапана через золотниковый клапан 323 беспроводного монитора 318 положения в первое и второе коммутационные реле 324a, 324b. Это позволяет коммутационным реле 324a, 324b управлять подачей высокого давления к пневмогидравлическому приводу 316, в конечном счете, для работы и управления клапаном 312. Наличие золотникового клапана с закрытым центром, например, препятствовало бы прохождению газа под давлением через золотниковый клапан 323 в коммутационные реле 324a, 324b и эффективному управлению подачей газа высокого давления в пневмогидравлический привод 316.

[0065] Ввиду вышесказанного, специалисту в данной области техники будет понятен следующий пример способа управления клапаном 112, 212, 312 в трубопроводе 114, 214 природного газа. Более конкретно, способ управления клапаном 112, 212, 312 в трубопроводе 114, 214 природного газа включает объединение беспроводного монитора 118, 318 положения с приводом 116, 217, 316, функционально связанным с клапаном 112, 212, 312, при этом беспроводной монитор 118, 318 положения соединен с обеспечением связи с рабочей станцией 140, 240 через беспроводную сеть 150, 250. Способ также включает передачу посредством одного или более передатчиков 151, 251 команды от управляющего устройства 144, 244, например команды открывания/закрывания, к беспроводному монитору 118, 318 положения через беспроводной шлюз 142, 242 и беспроводную сеть 150, 250.

[0066] Способ также включает отправку сигнала давления от пневматического пилотного клапана 123, 323 беспроводного монитора 118, 318 положения по меньшей мере к одному коммутационному реле 124, 124a, 124b, 324a, 324b после получения команды. Способ также включает управление подачей высокого давления, например до 75 бар, к приводу 116, 217, 316 посредством по меньшей мере одного коммутационного реле 124a, 124b, 324a, 324b для перемещения клапана 112, 212, 312 в заданное положение, например открытое положение, закрытое положение, в ответ на сигнал давления, полученный от пневматического пилотного клапана 123.

[0067] Кроме того, в одном примере способ также включает отслеживание положения одного или более из клапана 112, 212, 312 или привода 116, 217, 316 посредством беспроводного монитора 118, 318 положения. В другом примере отслеживание положения одного или более из клапана 112, 212, 312 или привода 116, 217, 316 посредством беспроводного монитора 118, 318 положения может включать в себя сбор данных относительно одного из клапанов 112, 212, 312 или привода 116, 217, 316, включая данные относительно положения хода или времени хода, посредством беспроводного монитора 118, 318 положения, беспроводной сети 150, 250 и рабочей станции 140, 240.

[0068] В еще одном примере способ может также включать в себя поддержание по меньшей мере одного коммутационного реле 124, 324 в разомкнутом положении в течение времени, необходимого для выполнения клапаном 112, 212, 312 хода на заданное расстояние, посредством спускного клапана 130 (фиг. 2). Кроме того, способ может дополнительно включать в себя ограничение входного давления от трубопровода 114, 214 природного газа в пневматический пилотный клапан 123 посредством регулятора 170 давления, функционально связанного с беспроводным монитором 118 положения.

[0069] В еще одном примере способ может также включать измерение одного или более перепадов давления в приводе 116, 217, 316 или крутящего момента срабатывания клапана 112, 212, 312 посредством датчика 162 перепада давления, функционально связанного с приводом 116. Кроме того, способ может включать в себя предотвращение воздействия излишнего крутящего момента со стороны привода 116, 217 посредством по меньшей мере одного ограничителя 180 крутящего момента (фиг. 4), расположенного между беспроводным монитором 118 положения и по меньшей мере одним коммутационным реле 124 и функционально связанного с ними. Кроме того, способ также может включать в себя измерение давления выше и ниже по потоку относительно клапана 112, 212 посредством первого датчика 164, 264 давления, расположенного выше по потоку относительно клапана 112, 212, и второго датчика 166, 266 давления, расположенного ниже по потоку относительно клапана 112, 212, соответственно.

[0070] В целом, специалист в данной области оценит различные преимущества новой системы 110, 210, 310 беспроводного привода и способа ее осуществления. Например, новая система и способ обеспечивает включение/отключение клапана с помощью привода, например пневмогидравлического привода 116, 316, перемещаемого с использованием беспроводного пневматического монитора 118, 318 положения, который питается природным газом из трубопровода 114, 214 природного газа. Для выполнения перемещения клапана и отслеживания положения не требуется кабель или подача воздуха.

[0071] Кроме того, с помощью беспроводного метода теперь можно отправлять команду открывания/закрывания к приводу 116, 217, 316 и принимать обратную связь по открытому и/или закрытому положению клапана 112, 212, 312 без кабелей или подачи воздуха. Связь с приводом 116, 217, 316 и всем связанным с ним оборудованием в системе 100, 200 управления процессом, описанной выше, полностью беспроводная, с большей диагностической информацией, получаемой посредством рабочей станции и станции управления.

[0072] Иначе говоря, встраивание беспроводного монитора положения, например, такого как беспроводной монитор положения Fisher 4320/TopWorx 4310 Wireless Position Monitor, с возможностью включения/отключения, в систему 110, 210, 310 привода обеспечивает удаленное управление клапаном 112, 212, 312 без какого-либо проводного соединения. Это сводит к минимуму различные проблемы, такие как помехи, изнашивание, повреждение и/или выход из строя, какой-либо части проводного соединения, например при поддержании функциональных возможностей каких-либо других соединенных проводкой компонентов системы 100, 200 управления процессом.

[0073] Кроме того, беспроводная система обладает многими другими преимуществами, такими как улучшение условий работы и повышение производительности, и сокращение убыточных партий. Кроме того, беспроводная система и способ согласно настоящему изобретению также уменьшает нежелательные выбросы и улучшает безопасность работников.

[0074] В данном описании множественные примеры могут реализовать компоненты, операции или структуры, описанные как единичные примеры. Хотя индивидуальные операции одного или большего числа способов проиллюстрированы и описаны как отдельные операции, одна или большее число индивидуальных операций может выполняться одновременно, и никакие обстоятельства не требуют, чтобы операции выполнялись именно в проиллюстрированном порядке. Конструкции и функциональные средства, присутствующие как отдельные компоненты в иллюстративных конфигурациях, могут быть реализованы в виде комбинированной конструкции или компонента. Аналогично, конструкции и функции, представленные в виде отдельного компонента, могут быть выполнены в виде отдельных компонентов. Эти и другие варианты, модификации, добавления и усовершенствования находятся в пределах объема представленного здесь предмета изобретения.

[0075] Стоит отметить, что любая ссылка на «один пример» или на «пример» означает, что конкретный элемент, признак, структура или характеристика, описанная в связи с вариантом осуществления изобретения, включены, по меньшей мере, в один вариант осуществления изобретения. Появление фразы «в одном примере» в различных местах по всему описанию изобретения не обязательно предполагает ссылку на один и тот же пример.

[0076] Некоторые примеры могут быть описаны с использованием выражений «связанные» и «соединенные» вместе со своими производными. Например, некоторые примеры могут быть описаны посредством термина «связанные», чтобы указать, что два или большее число элементов находятся в прямом физическом или электрическом контакте. Однако термин «связанные» может также означать, что два или более элементов не находятся в непосредственном контакте друг с другом, но все же могут действовать совместно или взаимодействовать друг с другом. В этом контексте примеры не являются ограничивающими.

[0077] Использованные здесь термины «содержит», «содержащий», «включает», «включающий», «имеет», «имеющий» или любые другие их варианты предназначены для охвата неисключительного включения. Например, процесс, способ, изделие или устройство, которое содержит перечень элементов, не обязательно ограничен только этими элементами, но может содержать другие элементы, не явно перечисленные или присущие такому процессу, способу, изделию или устройству. Кроме того, если явно не указано противоположное, «или» относится к включающему «или», а не к исключающему «или». Например, условие A или B удовлетворяется одним из следующих утверждений: А истинно (или присутствует), а В ложно (или не присутствует), А ложно (или не присутствует), а В истинно (или присутствует), и А и В вместе истинны (или присутствуют).

[0078] Кроме того, использование неопределенных артиклей «a» или «an» в англоязычном оригинале применяется для описания элементов и компонентов вариантов реализации изобретения в настоящей заявке. Это сделано для удобства и для придания описанию широкого смысла. В настоящем описании и последующей формуле изобретения следует понимать, что один или по меньшей мере один и единственное число также подразумевает множественное число, если только не очевидно, что такой термин означает иное.

[0079] Подробное описание следует рассматривать как иллюстративное, а не такое, которое описывает каждый возможный вариант реализации изобретения, поскольку описание каждого возможного варианта реализации изобретения было бы непрактичным или даже невозможным. Используя либо настоящую технологию, либо технологию, разработанную после даты подачи настоящей заявки, можно выполнить множество альтернативных вариантов реализации настоящего изобретения.

Реферат

Предложена система пневмогидравлического привода для использования с клапаном в трубопроводе природного газа. Система содержит пневмогидравлический привод и беспроводной монитор положения, функционально связанный с пневмогидравлическим приводом. Беспроводной монитор положения содержит встроенный золотниковый клапан с открытым центром и выполнен с возможностью соединения с обеспечением связи с удаленной рабочей станцией через беспроводную сеть и беспроводной шлюз. По меньшей мере одно коммутационное реле функционально связано с пневмогидравлическим приводом и беспроводным монитором положения. После получения беспроводной команды от удаленной рабочей станции, беспроводной монитор положения подает сигнал давления от золотникового клапана с открытым центром по меньшей мере к одному коммутационному реле для управления подачей высокого давления к пневмогидравлическому приводу и перемещения клапана в заданное положение. 5 н. и 27 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула