ВИХРЕВОЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ
VORTEX PRESSURE REGULATOR

Изобретение относится к газовой промышленности и может использоваться в системах транспортного газа для редуцирования давления природного газа на газораспределительных станциях (ГРС), газораспределительных пунктах (ГРП), в системах подготовки топливного и пускового газа компрессорных газоперекачивающих станций.
Известен вихревой 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. Между подводящим трубопроводом и цилиндром температурного разделения регулятор содержит 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. 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 нагревать входной газ от «горячей» стенки последнего, тем самым повышая температуру газа на выходе из регулятора [Патент РФ №2237918, МПК G05D 16/00, опубл. 10.10.2004].
Недостатком известного регулятора является невозможность поддержания минимальной разницы температур на входе и выходе регулятора, необходимой для предотвращения образования кристаллогидратов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является вихревой регулятор давления газа с положительной обратной связью, содержащий подводящий трубопровод, соединенный каналом через узел регулирования потока газа с цилиндром температурного разделения и через диафрагму - с отводящим трубопроводом, соединенным с пилотным устройством, причем положительная обратная связь обеспечивается по «горячему» контуру каналом между трубопроводом и цилиндром температурного разделения, который содержит крестовину с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками и устройство перепуска «горячего» газа после крестовины в центр «холодного» вихря на оси цилиндра, узел регулирования потока газа содержит как минимум два сопла, равномерно расположенных по окружности, и соответствующие им профилированные сопловые заслонки, установленные с возможностью поворота вокруг осей крепления для регулирования проходного сечения каждого сопла, а на «горячем» конце цилиндра температурного разделения установлена оребренная головка, содержащая в стенках каналы перепуска «горячего» газа, соединенные с трубками, расположенными в канале вокруг цилиндра температурного разделения для обеспечения выхода перепускаемой части «горячего» газа из цилиндра в газовый эжектор, выходом соединенный с отводящим трубопроводом [Патент РФ №2282885, МПК G05D 16/00, опубл. 27.08.2006].
Недостатком известного регулятора является невозможность поддержания необходимой температуры на выходе из регулятора, необходимой для предотвращения образования кристаллогидратов и создания условий изотермического дросселирования.
Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик регулятора, таких как температура газа на выходе из регулятора, необходимая для предотвращения образования кристаллогидратов и создания условий изотермического дросселирования, за счет изменения соплового ввода в устройство температурного разделения, изменения самого устройства температурного разделения, а также введения дополнительных регулировочных узлов в отличие от прототипа.
Поставленная задача решается вихревым регулятором давления газа с положительной обратной связью, содержащим подводящий трубопровод, соединенный каналом через узел регулирования потока газа с устройством температурного разделения и через диафрагму - с отводящим трубопроводом, соединенным с пилотным устройством, причем положительная обратная связь обеспечена по "горячему" контуру каналом между трубопроводом и устройством температурного разделения, который содержит крестовину с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками и устройство перепуска "горячего" газа после крестовины в центр "холодного" вихря на оси цилиндра, узел регулирования потока содержит как минимум два сопла, равномерно расположенных по окружности, а на «горячем» конце цилиндра температурного разделения установлена оребренная головка, содержащая в стенках каналы перепуска «горячего» газа, соединенные с трубками, расположенными в канале вокруг устройства температурного разделения для обеспечения выхода перепускаемой части «горячего» газа из устройства температурного разделения в газовый эжектор, выходом соединенный с отводящим трубопроводом, согласно изобретению сопла выполнены круглыми, с установленными в них кольцами изменяемого проходного сечения, выполненными из эластичного материала переменной жесткости, при этом поперечное сечения кольца представляет собой эллипс, а устройство температурного разделения выполнено в виде гофрированной трубы изменяемой длины, имеющей вид усеченного конуса, гофры которой изготовлены по винтовой линии, оребренная головка жестко закреплена со штоком, с возможностью перемещения вдоль оси устройства температурного разделения, изменяя тем самым длину устройства температурного разделения, при этом ребра у оребренной головки выполнены винтовыми, а трубки, соединенные с каналами перепуска «горячего» газа, выполнены в виде спиральных оребренных трубок.
Кроме того, согласно изобретению, введен узел регулирования выходного потока, который представляет собой трубу, выполненную из эластичного материала, изменяемого проходного сечения, установленную по тракту отводящего трубопровода.
Выполнение на входе устройства температурного разделения узла регулирования потока газа с как минимум двумя круглыми соплами позволяет добиться равномерного распределения вихревого потока в устройстве температурного разделения, что повышает эффективность температурной стратификации в нем. Установка в сопла колец изменяемого проходного сечения, выполненных из эластичного материала переменной жесткости, поперечное сечение которых представляет собой эллипс, позволяет регулировать расход газа, проходящего через регулятор, при этом увеличивая температурную стратификацию в устройстве температурного разделения, и, как следствие, температуру на выходе из регулятора. Выполнение устройства температурного разделения в виде гофрированной трубы изменяемой длины, имеющей вид усеченного конуса, гофры которой изготовлены по винтовой линии, позволяет обеспечить заданные температуру и давление на выходе из регулятора. Выполнение на выходе из регулятора узла регулирования выходного потока, который представляет собой трубу, выполненную из эластичного материала, изменяемого проходного сечения, установленную по тракту отводящего трубопровода, позволяет добиться равномерного распределения перепадов давления в проточной части регулятора, что повышает эффект температурного разделения и коэффициент положительной обратной связи в нем. Кроме того, наличие вокруг цилиндра температурного разделения оребренных трубок для обеспечения перепуска части «горячего» газа из цилиндра на выход регулятора увеличивает площадь теплообменной поверхности, что в свою очередь обеспечивает дополнительный подогрев входного газа, а также позволяет добиться оптимального соотношения расходов «горячего» и «холодного» потоков газа в регуляторе для обеспечения их максимально возможной смесевой температуры. Таким образом удается поддерживать необходимую разницу температур газа на входе и выходе регулятора, предотвращая образование кристаллогидратов и тем самым улучшая его эксплуатационные характеристики.
Существо изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема вихревого регулятора давления газа, на фиг.2 - разрез регулятора в области оребренной головки, на фиг.3 - принципиальная схема узла регулирования потока газа.
Вихревой регулятор давления газа (фиг.1) содержит подводящий трубопровод 1, соединенный каналом 2 через узел регулирования потока газа 3 с устройством температурного разделения 4 и через диафрагму 5 - с отводящим трубопроводом 6, соединенным с пилотным устройством 7. Положительная обратная связь обеспечивается по «горячему» контуру каналом 2 между трубопроводом 1 и устройством температурного разделения 4, который содержит крестовину 8 с плавно выпрямляющими поток газа профилированными лопатками и устройство перепуска 9 «горячего» газа после крестовины 8 в центр «холодного» вихря на оси цилиндра 4. На «горячем» конце цилиндра температурного разделения 4 установлена оребренная головка 10, штоком 11 жестко закрепленная с первым устройством регулирования 12, содержащая в стенках каналы 13 (фиг.2) перепуска «горячего» газа, соединенные с оребренными трубками 14, расположенными в канале 2 вокруг устройства температурного разделения 4 для обеспечения выхода перепускаемой части «горячего» газа из устройства 4 в газовый эжектор 15, выходом соединенный с отводящим трубопроводом 6. Узел регулирования входного потока газа 3 (фиг.3) содержит как минимум два круглых сопла 16, равномерно расположенных по окружности, и установленные в них кольца 17, поперечное сечение которых представляет собой эллипс, выполненные из эластичного материала переменной жесткости, например резины, связанные со вторым устройством регулирования 18, установленные с возможностью изменения проходного сечения каждого из колец. Устройство регулирования выходного потока газа (фиг.1) представляет собой трубу 19, выполненную из эластичного материала, изменяемого проходного сечения, установленную по тракту отводящего трубопровода 6, и соответствующее ей пилотное устройство 7 для регулирования проходного сечения.
Регулятор работает следующим образом. Из подводящего трубопровода 1 газ поступает в канал 2, где по мере движения к узлу регулирования потока 3 нагревается от оребренной головки 10, наружной стенки устройства температурного разделения 4 и оребренных трубок 14. Далее газ через равномерно расположенные сопла 16 узла регулирования потока газа 3, обеспечивающие вихревую закрутку потока, поступает в устройство температурного разделения 4, длина которого регулируется первым устройством регулирования 12, где происходит его разделение на «горячий», двигающийся по периферии устройства температурного разделения 4 к крестовине 8 поток, и «холодный» поток, двигающийся по оси устройства температурного разделения 4 от крестовины 8 к диафрагме 5. Наличие в узле регулирования потока газа нескольких сопел обеспечивает равномерный ввод потока в устройство температурного разделения и тем самым увеличивает эффект температурного разделения в нем. «Горячий» поток, пройдя крестовину 8, плавно выпрямляется на профилированных лопатках и разделяется на два потока. Первый поток (80-95% по массовому расходу) через устройство перепуска «горячего» газа 9 направляется в центр «холодного» потока, смешиваясь с ним, тем самым повышая температуру газа на выходе из диафрагмы 5. Второй поток поступает в каналы перепуска 13 «горячего» газа оребренной головки 10, проходит по оребренным трубкам 14, при этом отдавая часть тепла входному газу, и далее направляется в газовый эжектор 15, откуда попадает в отводящий трубопровод 6, где труба 19, выполненная из эластичного материала, регулирует поток, создавая перепады давления в устройстве энергоразделения и на сопловом вводе, обеспечивая интенсивное перемешивание, повышая температуру газа на выходе из регулятора.
Таким образом обеспечивается необходимая температура газа на выходе регулятора. Второе устройство регулирования 18 управляет величиной давления во внутренней полости полых колец 17, выполненных из эластичного материала, обеспечивая регулирование величины проходного сечения сопел в зависимости от давления выходного потока для поддержания его величины и величины расхода газа на определенном уровне. А пилотное устройство 7 управляет величиной давления во внутренней полости трубы 19, выполненной из эластичного материала, обеспечивая регулирование величины проходного сечения отводящего трубопровода в зависимости от перепадов давления в проточной части регулятора для поддержания температуры на определенном уровне.