Прямоточный регулятор давления газа со встроенным гасителем пульсаций

Полезная модель относится к технике автоматического регулирования технологических процессов и может быть использована в газовой промышленности на объектах газопроводного транспорта для регулирования давления газа с одновременным снижением уровней пульсаций, вибраций стенок трубопровода и шума в окружающей среде.
Известен клапан регулирующий прямоточный (патент RU №2619435 C1, F16K 1/12, 15.05.2017 г. ), содержащий полый корпус, оснащенный подводящим и отводящим патрубками транспортируемой среды. Внутри полого корпуса на пилонах установлен внутренний блок с корпусом в виде профилированного центрального внутреннего тела с образованием между внутренними стенками корпуса клапана и наружными стенками упомянутого центрального тела профилированного кольцевого канала, разделяемого пилонами. В выходной части кольцевого профилированного канала клапана, между выходными частями внутреннего блока и входной частью отводящего патрубка, коаксиально продольной оси клапана, смонтирован запорный орган, имеющий неподвижную и подвижную часть, выполненную с возможностью осевого перемещения вдоль продольной оси клапана. Неподвижная часть запорного органа выполнена в виде полого цилиндра из износоустойчивого материала, в стенках которого выполнены радиальные отверстия, соединенные с полостью кольцевого канала и полостью отводящего патрубка.
Недостатком существующего клапана является то, что в его конструкции отсутствуют элементы, позволяющие снижать пульсации давления при регулировании давления газа, а также клапан сложен в обслуживании.
Известен прямоточный регулятор давления газа (патент RU №2127897 C1, G05D 16/06, 20.03.1999 г. ), выбранный в качестве прототипа, который состоит из корпуса с закрываемым отверстием и соосными входным и выходным патрубками, в котором на одной оси с патрубками расположены поршневой чувствительный привод с радиальным кронштейном, имеющим каналы подвода задающего и выходного давлений, и запорно-дросселирующий орган, содержащий затвор и седло. Регулятор дополнительно снабжен концентрично расположенным к затвору коллектором, выполненным в виде цилиндра с отверстиями для прохода газа, одна часть коллектора жестко связана с приводом, а в другую установлено седло, что, совместно с приводом, составляет единый блок с возможностью его монтажа и демонтажа через отверстие в корпусе, причем часть коллектора, содержащая седло, установлена с уплотнением в проточку выходного патрубка, а радиальный кронштейн соединен с корпусом посредством съемной заглушки.
Основным достоинством существующего прямоточного регулятора давления газа является то, что при его обслуживании нет необходимости в демонтаже корпуса регулятора из трубопровода.
Недостатком существующего прямоточного регулятора давления газа является то, что при его работе в трубопроводе возникают повышенные уровни пульсаций давления.
Пульсации давления вызывают вибрацию поверхности газопровода и создают шум в окружающей среде.
Технической задачей полезной модели является уменьшение уровня пульсаций давления на участке газопровода, расположенном за регулятором давления, снижение вибрации стенки газопровода и шума в окружающей среде.
i
ЗДО
i
ЗДО
Поставленная задача решается тем, что в проточную часть прямоточного регулятора давления газа установлен гаситель пульсаций давления, представляющий собой набор перфорированных втулок, коаксиально установленных с образованием зазора и охватывающих запорно-дросселирующий орган, при этом втулки имеют различные проходные площади отверстий перфорации, через которые газ проходит от запорно-дросселирующего органа в выходной трубопровод, а степень понижения давления на каждой втулке (β) равна степени понижения давления на запорно-дросселирующем органе (β) причем значения величин β=β выбраны больше значения критической степени понижения давления для обеспечения дозвукового режима течения газа, а величина зазора между перфорированными втулками больше либо равна четверти диаметра отверстий перфорации.
Сущность предполагаемой полезной модели поясняется чертежом, где схематично представлен продольный разрез прямоточного регулятора давления газа со встроенным гасителем пульсаций.
Прямоточный регулятор давления газа со встроенным гасителем пульсаций содержит корпус 1; входной 2 и выходной 3 патрубки; съемную заглушку 4; поршневой чувствительный привод 5 с управляющими полостями 6 и 7 и радиальным кронштейном 15; запорно-дросселирующий орган, представляющий собой жестко связанный с поршнем привода затвор 8 с уплотнением 9 и седло 13; направляющую 10 с уплотнением 11; жестко связанный с приводом коллектор 12 с отверстиями для прохода газа; уплотнение коллектора 14; редуктор задатчик 16; прижимную гайку 17 и встроенный гаситель пульсаций давления 18, состоящий из перфорированных втулок 19.
Суммарная площадь дросселирующих отверстий на каждой втулке рассчитываются по формуле (1) Сен-Венана - Ванцеля, для определения массового расхода потока:
где F - суммарная площадь отверстий во втулке;
μ - коэффициент расхода;
k - показатель адиабаты;
1
P - входное давление;
1
ρ - плотность газа на входе;
β - степень понижения давления на втулке, равная отношению давления после втулки к давлению до нее.
Прямоточный регулятор давления газа со встроенным гасителем пульсаций работает следующим образом. От редуктора-задатчика 16 давление задания подается в управляющую полость 6, одновременно в другую управляющую полость 7 подается давление с выхода. При равенстве усилий на поршне от действия давлений в управляющих полостях 6 и 7 затвор 8 займет положение, при котором через коллектор 12 будет проходить поток газа с давлением на выходе, равным заданному. В коллекторе 12 имеются проточки под установку втулок 19 гасителя пульсаций давления 18.
Газ, проходя через редуцирующую часть коллектора 12, поступает во встроенный гаситель пульсаций давления 18, в котором реализуется ступенчатое редуцирование давления газа и докритические дозвуковые режимы течения. При ступенчатом редуцировании значительно снижаются уровни пульсаций давления газа, а за счет прохождения газа через перфорированные втулки 19 спектр пульсаций давления смещается в высокочастотную область, что обеспечивает снижение вибрации стенок трубопровода и излучаемый ими шум в окружающую среду.
При отклонении выходного давления от заданного, вызванного изменением расхода газа потребителем, баланс усилий на поршне нарушается, поршень перемещает затвор 8 относительно седла 13, увеличивая или уменьшая расход до величины, при которой выходное давление станет равным заданному.
Благодаря наличию направляющей 10 и малой разницы диаметров по уплотнениям 9 и 11 тонкостенного затвора 8, затвор разгружен от действия входного и выходного давлений, что обеспечивает устойчивую работу и высокую точность регулирования.
При необходимости, после демонтажа болтов крепления съемной заглушки 4 к корпусу 1 весь механизм регулятора как единый блок легко извлекается из корпуса для замены или ремонта после чего в трубопроводе остается один корпус, срок службы которого не меньше срока службы трубы.
Использование данного технического решения позволяет снизить уровни пульсаций давления на участке газопровода, расположенном за регулятором давления, снизить уровни вибрации стенки газопровода и шума в окружающей среде, максимально сократить время и трудоемкость технического обслуживания, повысить ремонтопригодность, отказаться от традиционных для регуляторов фланцевых соединений, вваривая корпус непосредственно в магистраль. Простота конструкции, наличие сварных соединений ведет к повышению удобства эксплуатации и повышению надежности системы в целом.