Регулятор давления газа с положительной обратной связью (варианты)
Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к системам транспортного газа для редуцирования давления природного газа на газораспределительных станциях. Регулятор содержит подводящий трубопровод, соединенный с регулируемым тангенциальным соплом, соединенным с цилиндром температурного разделения и через диафрагму - с отводящим трубопроводом, соединенным с пилотным устройством. Между подводящим трубопроводом и цилиндром температурного разделения находится винтовой канал, обеспечивающий положительную обратную связь по “горячему” контуру. Винтовой канал соединен с регулируемым по высоте тангенциальным соплом, обеспечивающим критическую скорость газа на срезе сопла. Цилиндр температурного разделения закрыт камерой торможения и содержит крестовину с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками и устройство перепуска “горячего” газа после крестовины в центр “холодного” вихря на оси цилиндра температурного разделения. По второму варианту исполнения регулятора цилиндр температурного разделения представляет собой самовакуумирующую вихревую трубу. Положительная обратная связь по “горячему” контуру обеспечивается трубкой перепуска “горячего” газа в осевую зону регулируемого по высоте тангенциального сопла. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик регулятора за счет поддержания температуры газа на выходе из регулятора выше температуры гидратообразования. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к газовой промышленности и может использоваться в системах транспортного газа для редуцирования давления природного газа на газораспределительных станциях (ГРС).
Известна система регулирования давления газа, содержащая устройство общего подогрева газа, регулятор давления, вихревую трубу, сепаратор и емкость для сбора конденсата. В этой системе вход вихревой трубы подключен к газопроводу высокого давления до узла общего подогрева газа (Регуляторы давления газа. Плотников В.М., Подрешетников В.А., Гончаров В.У. - Л.: Недра, 1982).
Недостатком известной системы является ограничение диапазона регулирования вследствие разделения исходного потока перед редуцированием, так как при уменьшении расхода, потребляемого сетью, может произойти полное закрытие регулятора давления и повышение регулируемого давления на выходе. Кроме того, наличие подогревателя приводит к капитальным и эксплуатационным затратам.
Наиболее близким к предлагаемому является регулятор давления газа непрямого действия с самообогревом, имеющий цилиндрический стакан, связанный с пилотным устройством, пружину исходного положения, пустотелый плунжер, внутри которого установлен полый цилиндр, в стенках которых расположены симметричные тангенциальные сопла, создающие вихревое температурное разделение потока газа в цилиндре, имеющем с внешней стороны вокруг тангенциальных сопел выступы, образующие кольцевой проход между цилиндром и плунжером для непосредственного обогрева “горячим” потоком газа из цилиндра. Пустотелый плунжер изолирован термоизоляционной прокладкой от отводящего трубопровода. Кроме того, цилиндрический стакан имеет штифты, перемещающиеся между направляющими с ограничителями, установленными внутри подводящего трубопровода. Конструкция регулятора давления устанавливается в подводящем трубопроводе (Авторское свидетельство СССР №224231, кл. G 05 D 16/10, опубл. 06.08.1968).
Недостатком известного регулятора является падение температуры газа на выходе из регулятора вследствие редуцирования давления газа, что может привести к образованию в выходной магистрали кристаллогидратов и нарушению работы установленной за регулятором аппаратуры.
Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик регулятора за счет поддержания температуры газа на выходе из регулятора выше температуры гидратообразования.
Поставленная задача решается регулятором давления газа с положительной обратной связью, содержащим подводящий трубопровод, соединенный с регулируемым тангенциальным соплом, соединенным с цилиндром температурного разделения и через диафрагму - с отводящим трубопроводом, соединенным с пилотным устройством, в котором в отличие от прототипа между подводящим трубопроводом и цилиндром температурного разделения содержится винтовой канал, обеспечивающий положительную обратную связь по “горячему” контуру, соединенный с регулируемым по высоте тангенциальным соплом для обеспечения критической скорости газа на срезе сопла, причем цилиндр температурного разделения закрыт камерой торможения и содержит крестовину с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками и устройство перепуска “горячего” газа после крестовины в центр “холодного” вихря на оси цилиндра температурного разделения.
Для более интенсивного перемешивания “горячего” и “холодного” потоков на оси цилиндра температурного разделения внутренняя поверхность устройства перепуска может быть выполнена в виде винтового канала.
Положительная обратная связь по “горячему” контуру обеспечивается винтовым каналом между подводящим трубопроводом и цилиндром температурного разделения и позволяет эффективно нагревать входной газ от “горячей” стенки последнего, тем самым повышая температуру газа на выходе из регулятора.
Поставленная задача решается также регулятором давления газа с положительной обратной связью, содержащим подводящий трубопровод, соединенный с регулируемым тангенциальным соплом, соединенным с цилиндром температурного разделения и с диафрагмой, а отводящий трубопровод соединен с пилотным устройством, в котором в отличие от прототипа цилиндр температурного разделения представляет собой самовакуумирующуюся вихревую трубу, содержащую крестовину с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками, регулирующий конус, причем цилиндр температурного разделения соединен с трубкой перепуска “горячего” газа в осевую зону регулируемого по высоте тангенциального сопла через отверстие диафрагмы, а трубка перепуска последовательно соединена с регулируемым дросселем и обратным клапаном, обеспечивающими работу вихревой трубы в режиме самовакуумирования.
Для более интенсивного перемешивания перепускаемого “горячего” и вакуумирующего “холодного” потоков на оси регулируемого по высоте тангенциального сопла и цилиндра температурного разделения внутренняя поверхность диафрагмы может быть выполнена в виде винтового канала.
Положительная обратная связь по “горячему” контуру обеспечивается трубкой перепуска “горячего” газа в осевую зону регулируемого по высоте тангенциального сопла через отверстие диафрагмы и позволяет за счет смешения эффективно нагревать “холодный” газ внутри цилиндра температурного разделения, тем самым повышая температуру газа на выходе из регулятора.
На фиг.1 и 2 представлены варианты схем регуляторов давления газа с положительной обратной связью.
Регулятор на фиг.1 содержит подводящий трубопровод 1, соединенный через винтовой канал 2 с регулируемым по высоте h тангенциальным соплом 3, соединенным с цилиндром температурного разделения 4 и через диафрагму 5 - с отводящим трубопроводом 6, соединенным с пилотным устройством 7, причем цилиндр температурного разделения закрыт камерой торможения 8 и содержит крестовину 9 с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками и устройство перепуска “горячего” газа 10 после крестовины 9 в центр “холодного” вихря на оси цилиндра температурного разделения 4. Регулирующий клин 11 регулируемого тангенциального сопла 3 соединен с пилотным устройством 7.
Регулятор на фиг.2 содержит подводящий трубопровод 1, соединенный с регулируемым по высоте тангенциальным соплом 3, соединенным с цилиндром температурного разделения 4, содержащим крестовину 9 с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками и представляющим собой самовакуумирующуюся вихревую трубу. Цилиндр температурного разделения 4 соединен с трубкой перепуска 12 “горячего” газа в осевую зону регулируемого по высоте тангенциального сопла 3 через отверстие диафрагмы 15, причем трубка перепуска 12 последовательно соединена с регулируемым дросселем 13 и обратным клапаном 14, обеспечивающими работу вихревой трубы в режиме самовакуумирования. Кроме того, цилиндр температурного разделения 4 соединен с отводящим трубопроводом 6, имеющим регулирующий конус 16, и соединенным с пилотным устройством 7, которое соединено с регулирующим клином 11.
Регулятор, представленный на фиг.1, работает следующим образом. Из подводящего трубопровода 1 газ поступает в винтовой канал 2, подогревается от наружной стенки цилиндра температурного разделения 4 на 5-10
С, что приведет к повышению температуры стенки цилиндра температурного разделения, и попадает в регулируемое по высоте h тангенциальное сопло 3, а затем в цилиндр температурного разделения 4, где происходит его разделение на “горячий”, двигающийся по периферии цилиндра 4 к крестовине 9 поток, и “холодный” поток, двигающийся по оси цилиндра 4 от крестовины 9 к диафрагме 5. “Горячий” поток, пройдя крестовину 9, плавно выпрямляется на профилированных лопатках и затормаживается в камере торможения 8, при этом, имея температуру 165-185С (по экспериментальным данным), отдает часть тепла винтовому каналу 2 для подогрева входного газа и через устройство перепуска 10 направляется в центр “холодного” потока, смешиваясь с ним, тем самым, повышая температуру газа на выходе из регулятора. Затем смесь потоков, пройдя диафрагму 5, попадает в отводящий трубопровод 6. Пилотное устройство 7 управляет регулирующим клином 11, обеспечивая перепад давления на регуляторе таким образом, чтобы на выходе из регулируемого тангенциального сопла 3 обеспечивалась критическая скорость газа для эффективного температурного разделения. Для более интенсивного перемешивания “горячего” и “холодного” потоков на оси цилиндра температурного разделения 4 внутренняя поверхность устройства перепуска 10 может быть выполнена в виде винтового канала.
Регулятор, представленный на фиг.2, работает следующим образом. Из подводящего трубопровода 1 газ поступает в регулируемое по высоте тангенциальное сопло 3, затем в цилиндр температурного разделения 4, где происходит разделение газа на “горячий” и “холодный” потоки, причем “горячий” поток двигается по периферии, а “холодный” по оси цилиндра температурного разделения 4 в направлении крестовины 9, на профилированных лопатках которой происходит выпрямление потоков. После прохождения крестовины часть “горячего” потока и “холодный” поток через регулирующий конус 16, необходимый для настройки вихревой трубы на режим самовакуумирования, поступают в отводящий трубопровод 6, а другая часть “горячего” потока поступает в трубку перепуска 12, и через регулируемый дроссель 13 и обратный клапан 14, необходимые для обеспечения работы вихревой трубы в режиме самовакуумирования, а также через диафрагму 15 поступает в центр “холодного” вихря для повышения температуры “холодного” потока, что, в свою очередь, приведет к повышению температуры газа на выходе из регулятора. Пилотное устройство 7 управляет регулирующим клином 11, обеспечивая перепад давления на регуляторе таким образом, чтобы на выходе из регулируемого тангенциального сопла 3 обеспечивалась критическая скорость газа для эффективного температурного разделения. Для более интенсивного перемешивания перепускаемого “горячего” и вакуумирующего “холодного” потоков на оси регулируемого по высоте тангенциального сопла 3 и цилиндра температурного разделения 4 внутренняя поверхность диафрагмы 15 может быть выполнена в виде винтового канала.
Таким образом, предлагаемые регуляторы давления газа с положительной обратной связью позволяют без затрат топлива и посторонних источников энергии выполнять редуцирование транспортируемого газа без образования кристаллогидратов и обмерзания аппаратуры, в том числе и в холодное время года, что положительно отражается на надежности работы, экологичности и рентабельности ГРС.
Формула изобретения
1. Регулятор давления газа с положительной обратной связью, содержащий подводящий трубопровод, соединенный с регулируемым тангенциальным соплом, соединенным с цилиндром температурного разделения и через диафрагму - с отводящим трубопроводом, соединенным с пилотным устройством, отличающийся тем, что между подводящим трубопроводом и цилиндром температурного разделения он содержит винтовой канал, обеспечивающий положительную обратную связь по “горячему” контуру, соединенный с регулируемым по высоте тангенциальным соплом для обеспечения критической скорости газа на срезе сопла, причем цилиндр температурного разделения закрыт камерой торможения и содержит крестовину с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками и устройство перепуска “горячего” газа после крестовины в центр “холодного” вихря на оси цилиндра температурного разделения.
2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность устройства перепуска “горячего” газа выполнена в виде винтового канала.
3. Регулятор давления газа с положительной обратной связью, содержащий подводящий трубопровод, соединенный с регулируемым тангенциальным соплом, соединенным с цилиндром температурного разделения и с диафрагмой, а отводящий трубопровод соединен с пилотным устройством, отличающийся тем, что цилиндр температурного разделения представляет собой самовакуумирующуюся вихревую трубу, содержащую крестовину с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками, регулирующий конус, причем цилиндр температурного разделения соединен с трубкой перепуска “горячего” газа в осевую зону регулируемого по высоте тангенциального сопла через отверстие диафрагмы, а трубка перепуска последовательно соединена с регулируемым дросселем и обратным клапаном, обеспечивающими работу вихревой трубы в режиме самовакуумирования.
4. Регулятор по п.3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность диафрагмы выполнена в виде винтового канала.
