МУЛЬТИПОЗИЦИОННЫЙ ВИХРЕВОЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
MULTI-POSITION VORTEX GAS PRESSURE CONTROL

Предлагаемое изобретение относится к газовой промышленности в системах транспортного газа для редуцирования давления природного газа на газораспределительных станциях, газораспределительных пунктах, системах подготовки топливного и пускового газа компрессорных газоперекачивающих станций.
7
Известен регулятор давления газа непрямого действия с самообогревом, содержащий наружный цилиндрический корпус, помещенную в нем вихревую камеру энергетического разделения, диафрагму, вихревой эжектор, сервопривод, выполненный в виде пневмоцилиндра, соединенного с пилотом управления - усилителем через фильтр осушитель, поршень пневмоцилиндра оперт подпружиненным толкателем, соединенным с датчиком положения клапана и ограничителя, перемещаемого вручную или автоматически [патент РФ №2248603, МПК G05D 16/10, F16K 3/12, 2005].
Недостатками известного регулятора давления непрямого действия являются сложность его конструкции и необходимость подключения его исполнительного механизма (сервопривода) к пилоту управления - усилителю, что снижает надежность и эффективность его работы.
7
Более близким к предлагаемому изобретению является вихревой регулятор давления газа с положительной обратной связью, содержащий подводящий газопровод, вихревую трубу, снабженную узлом регулирования, содержащим как минимум два сопла и соответствующие им профилированные сопловые заслонки, установленные с возможностью поворота вокруг осей крепления, отводящий газопровод, соединенный с пилотным устройством, при этом обратная связь осуществляется по горячему контуру каналом от цилиндра температурного разделения вихревой трубы до подводящего трубопровода [патент РФ №2282885, МПК G05D 16/00, 2006].
Основным недостатком известного регулятора давления с положительной обратной связью является необходимость подключения его исполнительного механизма узла регулирования к пилотному устройству, что снижает надежность и эффективность его работы.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности работы мультипозиционного вихревого регулятора давления газа.
Технический результат достигается в предлагаемом мультипозиционном вихревом регуляторе давления газа (МПВРДГ), который включает в себя узел регулировки, представляющий собой золотник, состоящий из цилиндра, в стенке которого по длине выполнены отверстия, количество которых равно числу позиций работы регулятора, снабженные дозировочными патрубками, закрытого сверху и снизу крышками, снабженными патрубком подачи газа, соединенный с подводящим газопроводом и балансировочным патрубком, причем внутри цилиндра золотника помещен полый плунжер, внутри которого расположен упругий элемент, прикрепленный своими торцами к внутренней поверхности нижней крышки цилиндра золотника и головки плунжера, вихревые трубы, выполненные с оребрением наружной поверхности корпуса, снабженные входными и выходными патрубками, соединенные через входные патрубки холодными трубами с дозировочными патрубками золотника, а через выходные патрубки горячими трубами, соединенными с выходным коллектором, в свою очередь, соединенным балансировочной трубой с балансировочным патрубком, образуя канал горячего контура, и отводящим газопроводом.
Предлагаемый мультипозиционный вихревой регулятор давления газа изображен на чертеже.
Предлагаемый мультипозиционный вихревой регулятор давления газа (МПВРДГ) включает в себя узел регулировки, представляющий собой золотник 1, состоящий из цилиндра 2, в стенке которого по длине выполнены отверстия 3, количество которых равно числу позиций работы регулятора, снабженные дозировочными патрубками 4, закрытого сверху и снизу крышками 5 и 6, снабженными патрубком подачи газа 7, соединенным с подающим газопроводом (на чертеже не показан) и балансировочным патрубком 8, причем внутри цилиндра 2 помещен полый плунжер 9, внутри которого расположен упругий элемент 10, прикрепленный своими торцами к внутренней поверхности нижней крышки 6 и головки плунжера 9, вихревые трубы 11, выполненные с оребрением наружной поверхности корпуса, снабженные входными и выходными патрубками 12 и 13, соответственно, соединенные через входные патрубки 12 холодными трубами 14 с дозировочными патрубками 4 золотника 1, а через выходные патрубки 13 - горячими трубами 15 с выходным коллектором 16, в свою очередь, соединенным балансировочной трубой 17 с балансировочным патрубком 8, образуя канал горячего контура и отводящим газопроводом (на чертеже не показан).
В основу работы МПВРДГ положены принципы работы золотниковых распределителей [А.А.Угинчус. Гидравлика и гидравлические машины. - X.: изд. Харьк. гос. ун-та, 1966, с.363] и нагрев газа при редуцировании его давления в вихревой трубе [Ф.Г.Бакиров и др. Применение вихревого эффекта для организации квазиизотермического редуцирования давления газа, ж-л «Тепловые процессы в технике», т.1. - М.: 2009, с.246-253].
2
1
2
МПВРДГ работает следующим образом. Предварительно, монтируют на поверхности вихревых труб ребра, подбирая комплект оребренных вихревых труб 11 таким образом, чтобы верхняя вихревая труба 11 (расположенная на первой позиции и первая по ходу газа) обеспечивала расход природного газа, соответствующий его минимальному потреблению и снижение давления от начального Pi, с которым газ поступает в газораспределительный пункт (ГРП) или газораспределительную станцию (ГРС), до давления Р, величина которого равна давлению в сети потребителя после регулятора давления. Параметры остальных вихревых труб 11 должны быть такими, чтобы работать при значительно меньшем расходе газа, но с таким же снижением давления от начального P до давления Р и обеспечить дискретное повышение расхода газа до максимального, причем их количество зависит от амплитуды колебаний расхода газа потребителем. Соответственно, число позиций равно числу отверстий 3 в цилиндре 2 золотника 1 и числу вихревых труб 11, ход движения плунжера 9 должен соответствовать числу позиций и диапазону изменения нагрузок МПВРДГ.
1
1
1
2
1
2
2
2
2
1
2
2
2
2
2
2
После включения МПВРДГ в работу из газопровода (на чертеже не показан) в золотник 1 начинает поступать природный газ с давлением P и температурой t. При этом в цилиндре 2 золотника 1 за счет давления газа плунжер 9 перемещается на 1-ю позицию (упругий элемент 10 настраивается только для фиксации плунжера 9 в первой позиции - крайнем верхнем положении таким образом, чтобы при малейшем изменении давления плунжер 9 мог свободно перемещаться) и открывается первое сверху дозировочное отверстие 3, через которое природный газ из дозировочного патрубка 4 через холодную трубу 14 и входной патрубок 12 поступает в верхнюю вихревую трубу 11, где его давление снижается от P до конечного Р, а температура повышается от t до конечной t, после чего через выходной патрубок 13 и горячую трубу 15 газ поступает в коллектор 16, откуда по газопроводу (на чертеже не показан) направляется потребителю, а через балансировочную трубу 17 и балансировочный патрубок 8 поступает в цилиндр 2 и полость полого плунжера 9 золотника 1, создавая там давление, равное Р, и обеспечивая надежную фиксацию плунжера 9. При этом, в результате повышения температуры газа t, происходит нагрев поверхности и ребер вихревой трубы 11, а за счет теплоотдачи в окружающую среду происходит нагрев воздуха, находящегося в помещении ГРП (подогрев воздуха в зимнее время предохраняет возникновение ледяных отложений в приборах и арматуре ГРП, которые являются основной причиной отказа оборудования в период сильных холодов и тем самым предотвращает возникновение аварийных ситуаций в системах газоснабжения). Кроме того, горячий газ, поступающий из коллектора 16 по каналу горячего контура через балансировочную трубу 17 и балансировочный патрубок 8 в цилиндр 2 и полость полого плунжера 9 золотника 1, также обогревает его, предотвращая тем самым появление в нем ледяных отложений. При увеличении расхода природного газа потребителем в коллекторе 16 величина давления становится меньше Р, в результате чего плунжер 9 под действием силы давления P перемещается вниз на вторую позицию, открывая следующее дозировочное отверстие 3, через которое добавочная порция природного газа поступает в вихревую трубу 11 второй позиции, где происходят вышеописанные процессы, в результате чего из коллектора 16 начинает поступать потребителю увеличенный расход природного газа из вихревых труб 11 первой и второй позиций с давлением Р и температурой t, а в полости плунжера 9 давление снова повышается до Р. При дальнейшем увеличении расхода газа открывается нижеследующее дозировочное отверстие 3 третьей позиции, происходит вышеописанный процесс и т.д. При уменьшении расхода газа потребителем давление в коллекторе становится выше значения Р и плунжер 9 перемещается вверх, перекрывая дозировочное отверстие 3 вышеследующей позиции, в результате чего количество поступающего природного газа в коллектор 16 и, соответственно, потребителю уменьшается, а его давление и температура восстанавливаются до значения Р и t и т.д.
Таким образом, предлагаемый МПВРДГ обеспечивает надежную регулировку давления природного газа и одновременный подогрев собственного корпуса и окружающего воздуха за счет энергии давления природного газа, что в период зимних холодов позволяет предотвратить возникновение аварийных ситуаций из-за отказа регулятора давления в результате образования в нем ледяных отложений и снизить эксплуатационные расходы систем транспортного газоснабжения на отопление помещений ГРП или ГРС.