ВИХРЕВОЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к газовой промышленности и может использоваться в системах транспортировки природного газа для редуцирования давления газа на газораспределительных станциях (ГРС), газораспределительных пунктах (ГРП), в системах подготовки топливного и пускового газа компрессорных газоперекачивающих станций, в качестве устьевого оборудования нефтяных и газовых скважин.
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.
Известен также 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.
Наиболее близким по технической сущности и достижимому результату к заявляемому является вихревой регулятором давления газа с положительной обратной связью, содержащий 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 устройства температурного разделения в направлении отводящего трубопровода, узел регулирования потока содержит как минимум два сопла, равномерно расположенных по окружности, а на конце устройства температурного разделения установлена головка, содержащая в стенках каналы перепуска “горячего” газа, соединенные с оребренными трубками, расположенными в канале, образованном между подводящим трубопроводом и устройством 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, головка жестко закреплена со штоком, с возможностью перемещения вдоль оси устройства температурного разделения, изменяя тем самым длину устройства температурного разделения, при этом ребра у головки выполнены винтовыми, а трубки соединенные с каналами перепуска “горячего” газа, выполнены в виде спиральных оребренных трубок. Кроме того, согласно изобретению, веден узел регулирования выходного потока, который представляет собой трубку, выполненную из эластичного материала, изменяемого проходного сечения, установленную по тракту отводящего трубопровода [патент РФ №2486573 МПК G05D 16/00, опубл. 27.07.2013].
Недостатком известного регулятора является относительная сложность регулирования проходного сечения сопел, невозможность регулировать перепуск “горячего” газа, необходимый для создания условий изотермического дросселирования, а также относительная сложность установки пилотного устройства, регулирующего длину устройства температурного разделения.
Задачей полезной модели 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.
Техническим результатом является повышение быстродействия вихревого регулятора давления за счет изменения сечения сопла путем поворота вокруг собственной оси лопатки узла регулирования потока газа.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается вихревым регулятором давления, 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 устройства температурного разделения в направлении отводящего трубопровода, узел регулирования потока газа, содержащий сопло, головку, установленную на конце устройства температурного разделения, содержащую в стенках каналы перепуска “горячего” газа, соединенные с трубками, расположенными в канале, образованном между подводящим трубопроводом и устройством температурного разделения, при этом жестко закрепленную со штоком, с возможностью перемещения вдоль оси устройства температурного разделения, ребра которой выполнены винтовыми, устройство температурного разделения, выполненное в виде гофрированной трубы изменяемой длины, имеющей вид усеченного конуса, гофры которой изготовлены по винтовой линии, трубки соединенные с каналами перепуска “горячего” газа, выполненные в виде спиральных трубок, газовый эжектор, выходом соединенный с отводящим трубопроводом, узел регулирования выходного потока, который представляет собой трубку, выполненную из эластичного материала, установленную по тракту отводящего трубопровода. Согласно полезной модели, подводящий трубопровод выполнен с тангенциальным подводом газа, имеет как минимум одно сопло прямоугольного сечения с возможностью изменения площади проходного сечения за счет поворота вокруг собственной оси лопатки узла регулирования потока газа.
Выполнение подводящего трубопровода с реализацией тангенциального подвода газа позволяет интенсифицировать процессы температурного разделения, а также позволяет упростить конструкцию регулятора. Выполнение на входе устройства температурного разделения узла регулирования потока газа как минимум с одним прямоугольным соплом позволяет добиться упрощения конструкции регулятора и системы регулирования площади проходного сечения сопла, повысив, тем самым, точность регулирования и энергетическую эффективность без ухудшения эксплуатационных характеристик. 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.
Таким образом, удается поддерживать необходимую разницу температур газа на входе и выходе регулятора, предотвращая образование кристаллогидратов и тем самым улучшая его эксплуатационные характеристики.
Существо полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема вихревого регулятора давления газа. На фиг. 2 изображен разрез регулятора в области головки, на фиг. 3 -принципиальная схема узла регулирования потока газа.
Вихревой регулятор давления газа (фиг. 1) содержит подводящий трубопровод 1, реализующий предварительную закрутку потока за счет тангенциального подвода газа, соединенный каналом 2 через узел регулирования потока газа 3 с устройством температурного разделения 4, представляющим собой гофрированную трубу, гофры которой изготовлены по винтовой линии, выполненную в виде усеченного конуса, и через диафрагму 5 - с отводящим трубопроводом 6, соединенным с пилотным устройством 7.
Положительная обратная связь реализуется по “горячему” контуру, который представляет собой как минимум два канала, соединяющие отводящий трубопровод 6 с находящейся на конце устройства температурного разделения головкой 8, которая содержит крестовину 9 с профилированными лопатками, плавно выпрямляющими поток газа, и устройство перепуска 10 части “горячего” газа после крестовины в центр устройства температурного разделения в направлении отводящего трубопровода.
Узел регулирования потока газа 3 содержит как минимум одно сопло 11 (фиг. 2) с изменяемым прямоугольным проходным сечением. Проходное сечение сопла изменяется под действием второго устройства регулирования 12 за счет поворота вокруг собственной оси 13 (фиг. 2) лопатки 14 (фиг. 2) узла регулирования потока газа 3, образующего сопловое сечение. В случае использования нескольких сопел они располагаются равномерно по окружности.
Головка 8 выполнена с двумя и более спиральными ребрами и содержит в ребрах каналы перепуска “горячего” газа 15 (фиг. 3), поддерживающие заданную температуру на выходе из вихревого регулятора давления за счет изменения площади проходного сечения в зависимости от величины температуры газа в головке.
Каналы перепуска “горячего” газа 15 соединены со спиральными трубками перепуска 16, количество которых совпадает с количеством ребер головки 8, расположенными в канале 2 образованном между подводящим трубопроводом 1 и устройством температурного разделения 4 для обеспечения выхода перепускаемой части “горячего” газа из спиральных трубок перепуска 16 через отверстия в узле регулирования потока газа 3 в газовый эжектор 17, соединенный с отводящим трубопроводом 6. Головка 8 жестко закреплена со штоком 18, который, перемещаясь вдоль оси устройства температурного разделения 4 под действием первого устройства регулирования 19, позволяет менять тем самым его длину.
Узел регулирования выходного потока представляет собой эластичную трубку 20, установленную на выходе из устройства температурного разделения 4 в отводящем трубопроводе 6 и испытывающую воздействие пилотного устройства 7.
Регулятор работает следующим образом. Из подводящего трубопровода 1 газ поступает в канал 2, где по мере движения к узлу регулирования потока газа 3 нагревается от головки 8, наружной стенки устройства температурного разделения 4 и спиральных трубок перепуска 17. Далее газ через сопло 11 (фиг. 2) узла регулирования потока газа 3, обеспечивающие закрутку потока, поступает в устройство температурного разделения 4, длина которого регулируется первым устройством регулирования 20, где происходит его разделение на “горячий”, двигающийся по периферии устройства температурного разделения 4 к крестовине 9 поток, и «холодный» поток, двигающийся по оси устройства температурного разделения 4 от крестовины 9 к диафрагме 5. Наличие в узле регулирования потока газа сопла 11 (фиг. 2) обеспечивает равномерный ввод потока в устройство температурного разделения 4 и тем самым увеличивает эффект температурного разделения в нем. “Горячий” поток, пройдя крестовину 9, плавно выпрямляется на профилированных лопатках и разделяется на два потока. Первый поток (80-95% по массовому расходу) через устройство перепуска 10 направляется в центр устройства температурного разделения в направлении отводящего трубопровода, смешивается с “холодным” потоком, тем самым повышая температуру газа на выходе из диафрагмы 5. Второй поток поступает в каналы перепуска “горячего” газа 15 (фиг. 3) головки 8, проходит по спиральным трубкам перепуска 16, при этом передавая часть тепла входному газу, и далее направляется в газовый эжектор 17, откуда попадает в отводящий трубопровод 6, где эластичная трубка 20 регулирует поток, создавая перепады давления в устройстве температурного разделения 4 и на сопле 11, обеспечивая интенсивное перемешивание газа, повышая температуру газа на выходе из регулятора.
Таким образом, обеспечивается необходимая температура газа на выходе регулятора.
Второе устройство регулирования 12 управляет величиной проходного сечения сопла 11 (фиг. 2) и, как следствие, расходом газа через регулятор. Пилотное устройство 7 управляет величиной давления во внутренней полости эластичной трубки 20, обеспечивая регулирование величины проходного сечения отводящего трубопровода в зависимости от перепадов давления в проточной части регулятора для поддержания температуры на определенном уровне.
Итак, заявленная полезная модель позволяет улучшить эксплуатационные характеристики регулятора, такие как температура газа на выходе из регулятора, необходимая для предотвращения образования кристаллогидратов и создания условий изотермического дросселирования, а также повысить быстродействие вихревого регулятора давления за счет изменения сечения сопла путем поворота вокруг собственной оси лопатки узла регулирования потока газа.