УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ В ЛИНИЯХ РЕДУЦИРОВАНИЯ ГАЗА
PRESSURE FLUCTUATION SUPPRESSION DEVICE IN THE GAS REDUCTION LINES

Изобретение относится к области транспорта газа по газопроводам, а более конкретно, к устройствам для гашения пульсаций давления в линиях редуцирования газа на газораспределительных станциях.
Известен дроссельный шумоглушитель типа 3381 фирмы Samson (Краткий каталог, Издание: 2007, SAMSON AG). Его конструкция представляет устанавливаемый в корпусе пакет от 2 до 5 фиксированных шайб, в каждой из которых выполнены дросселирующие отверстия, распределенные по их площади. Применяется для работы в жидких, газообразных и парообразных средах за регулирующим клапаном. Шумоглушитель выравнивает скорости потока по сечению, разрушает вихревое течение, за счет сопротивления при протекании через него рабочей среды уменьшается перепад давления на клапане. В результате снижаются пульсации давления и уровень шума в окружающей среде.
Недостатком существующего гасителя является то, что в выходных шайбах пакета дросселирующие отверстия равномерно распределены по их площади, в результате чего скорости в сечении приближены к равномерному их распределению по радиусу. За счет трения на участке газопровода за пакетом шайб происходит перестройка профиля скоростей в сечениях по длине трубы. Скорости у поверхности снижаются и увеличиваются по оси трубы. В результате этого за гасителем также возникают вихревые течения и пульсации давления.
Известен гаситель пульсации давления в газопроводе (патент RU №2505734, F16L 55/04, 27.03.2013 г.), выбранный в качестве прототипа, который состоит из пакета шайб с дросселирующими отверстиями, зафиксированными в корпусе, и полостей между шайбами, при этом в дросселирующих отверстиях на входе выполнены конфузоры с углом при их вершине α=40…80°, а на выходе диффузоры с углом при их вершине β=6…30°, при этом дросселирующие отверстия распределены по радиусу шайб так, что их пропускная площадь формирует профиль скоростей в сечении трубопровода, приближенный к профилю скоростей установившегося стационарного течения среды.
Недостатком существующего гасителя является то, что он не позволяет уменьшить перепад на регуляторе давления, не позволяет плавно распределить весь перепад давления на гасителе, не устраняет резонансных режимов работы регулятора давления, тем самым он незначительно снижает пульсации давления газа, которые вызывают вибрацию поверхности газопровода и создают шум в окружающей среде.
Пульсации давления и резонансные режимы работы регуляторов давления, расположенных в линиях редуцирования газа, вызывают вибрацию поверхности газопровода и создают шум в окружающей среде.
Технической задачей изобретения является устранение резонансных режимов работы регулятора, уменьшение уровня пульсаций давления на участке газопровода, расположенном за регулятором давления, снижение вибрации стенки газопровода и шума в окружающей среде.
Поставленная задача решается тем, что устройство для гашения пульсаций давления в линиях редуцирования газа состоит из зафиксированного в корпусе пакета шайб с дросселирующими отверстиями, которые распределены по радиусу шайб так, что их пропускная площадь формирует профиль скоростей в сечении газопровода, приближенный к профилю скоростей установившегося стационарного течения среды, причем оно дополнительно снабжено втулкой-рассекателем, подпорной шайбой, струевыпрямителем, при этом втулка-рассекатель выполнена перфорированной, площадь ее перфорации не менее площади выходного сечения регулятора давления, установлена в выходном его тракте, поджата корпусом устройства и служит для устранения резонансных режимов работы регулятора давления и выравнивания скорости газовой струи по его выходному сечению; подпорная шайба установлена во входном фланце устройства и служит для уменьшения перепада давления на регуляторе давления; струевыпрямитель выполнен в виде перфорированной шайбы, длина которой не менее десяти диаметров отверстия перфорации, расположен в выходной части корпуса устройства и служит для успокоения потока газа, при этом дросселирующие отверстия в пакете шайб смещены друг относительно друга в окружном направлении.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 изображено устройство для гашения пульсаций давления в линиях редуцирования газа в разрезе. Устройство состоит из перфорированной втулки-рассекателя 9, входного 1 и выходного 4 фланцев, проставки 3 и корпуса 2 с установленными в нем пакетом шайб 6 с дросселирующими отверстиями и струевыпрямителем 7. Шайбы 6 с дросселирующими отверстиями и струевыпрямитель 7 расположены на расстоянии друг от друга и закреплены в корпусе с помощью фиксатора 8. Во входном фланце 1 установлена подпорная шайба 5. Для герметичного соединения между фланцами и корпусом установлены прокладки, например, паронитовые. Входной фланец 1 крепится к корпусу 2 при помощи стандартных винтов, выходной фланец 4 крепится с помощью стандартных шпилек, шайб и гаек. Собранное устройство монтируют в систему газопровода после регулятора давления. Перфорированная втулка-рассекатель 9 установлена в выходной тракт регулятора давления 10 и поджата входным фланцем 1. Входной фланец 1 соединен с выходным трактом регулятора давления 10 с помощью стандартных шпилек, шайб и гаек. Выходной фланец 4 соединен с газопроводом с помощью сварного соединения.
Устройство работает следующим образом. Проходя через регулятор давления, газ редуцируется с 4-7 МПа до 0,6-1 МПа и узкой кольцеобразной струей со сверхзвуковой скоростью выходит вдоль стенок выходного тракта регулятора давления 10 в газопровод. При этом газ обтекает стойки-пилоны 11, являющиеся неотъемлемой частью выходного тракта регулятора давления 10, вызывая их автоколебания, что приводит к резонансным режимам работы регулятора давления. Для устранения этих режимов в выходной тракт регулятора давления 10 устанавливают перфорированную втулку-рассекатель 9, являющуюся неотъемлемой частью устройства. Перфорированная втулка-рассекатель 9 прикрывает собой стойки-пилоны 11, не давая потоку газа обтекать их. Скорость потока газа при прохождении через перфорированную втулку-рассекатель равномерно распределяется по выходному сечению регулятора. Тем самым, уменьшив скорость потока газа и устранив обтекание стоек-пилонов 11, перфорированная втулка-рассекатель 9 предотвращает возникновение резонансных режимов работы регулятора. Далее газ поступает на подпорную шайбу 5.
Подпорная шайба 5 уменьшает перепад давления на регуляторе за счет того, что на ней сосредоточена основная часть от всего перепада давления в устройстве, тем самым снижается скорость потока газа в выходном тракте регулятора давления. Пройдя через подпорную шайбу, газ мелкими струйками с высокой скоростью и пульсациями поступает внутрь корпуса, где установлен пакет шайб 6 с дросселирующими отверстиями.
Пакет шайб 6 с дросселирующими отверстиями снижает пульсации давления газа за счет прохождения его через дросселирующие отверстия в шайбах, которые смещены друг относительно друга в окружном направлении. Смещение отверстий предотвращает сквозное прохождение газа и способствует сглаживанию пульсаций давления в полостях между шайбами. Установка в корпусе устройства для гашения пульсаций давления пакета шайб позволяет равномерно распределить весь перепад давления на устройстве. Диаметр и количество дросселирующих отверстий на каждой шайбе рассчитываются по формуле (1) Сен-Венана-Венцеля для определения массового расхода потока:
где F - суммарная площадь отверстий в шайбе;
μ - коэффициент расхода;
k - показатель адиабаты;
1
P - входное давление;
1
ρ - плотность газа на входе;
β - коэффициент отношения давления до шайбы к давлению после.
Выбор диаметра и количества отверстий в дроссельных шайбах проводится таким образом, чтобы скорость газа в отверстиях, с одной стороны, была меньше скорости звука, а с другой стороны, плавно снижалась до минимально возможного уровня, определяемого сечением выходного трубопровода. Диаметр отверстий должен быть как можно меньший в целях более эффективного дробления потока.
После прохождения газа через пакет шайб значительно снижаются пульсации давления, но образуются вихреобразования. Для их устранения после пакета шайб 6 с дросселирующими отверстиями устанавливают струевыпрямитель 7, который выполнен в виде перфорированной шайбы, длина которой не менее десяти диаметров отверстия перфорации. За счет такой длины отверстий поток газа успокаивается. Перепад давления на струевыпрямителе 7 составляет 0,1-0,5% от общего перепада на устройстве. После струевыпрямителя 7 поток газа с низкими пульсациями давления и равномерно распределенной скоростью поступает в выходной газопровод.
За счет снижения пульсаций и распределения скорости потока уменьшается вибрация стенки газопровода и снижается шум в окружающей среде.