прямоточный регулятор давления газа

Формула изобретения

Прямоточный регулятор давления газа, содержащий корпус с закрываемым отверстием и соосными входными 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-регулирующий орган, содержащий затвор и седло, отличающийся тем, что регулятор дополнительно снабжен концентрично расположенным к затвору коллектором, выполненным в виде цилиндра с окнами для прохода газа, имеющими изменяющееся в зависимости от хода затвора проходное сечение, одна часть коллектора жестко связана с приводом, а в другую с осевым и радиальным зазорами установлено подвижное, выполненное из твердого сплава седло с уплотнением по опорному торцу, причем диаметр контакта уплотнения с коллектором меньше диаметра контакта седла с затвором, поверхность седла, контактируемая с потоком газа и затвором, выполнена конусообразной, а ее профиль представляет собой часть общего плавного профиля газового канала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике автоматического регулирования газа и может быть использовано в газопроводном транспорте в системах, где к регулятору давления газа предъявляются повышенные требования по герметичности и ресурсу, в частности, в блоках подготовки топливного и пускового газа (БТПГ).

В системах БТПГ с автономной линией пускового газа специфика работы регулятора пускового газа заключается в многократно повторяющихся циклах, каждый из которых содержит: открытие запорно-регулирующего органа, поддержание требуемого давления газа в период раскрутки турбины привода газо-перекачивающего агрегата (ГПА), закрытие запорно-регулирующего органа, обеспечение требуемой герметичности до следующего запуска того же или другого из многих ГПА компрессорного цеха.

В случае нелимитированного пропуска газа из магистрали высокого давления через закрытый запорно-регулирующий орган регулятора, давление в трубопроводе на участке от регулятора до ГПА возрастает сверх допустимого, что приводит к срабатыванию предохранительного клапана системы с выбросом газа в атмосферу.

В известных регуляторах давления газа, в частности, в выбранном в качестве прототипа прямоточном регуляторе давления типа ERS фирмы Mokveld valves, Голландия [1], выполнение повышенных требований по герметичности запорно-регулирующего органа достигается использованием в запорной паре затвор-седло эластичных уплотнений. Однако, находясь в зоне дросселирования, в условиях наибольшего перепада давления, динамического и эрозионного воздействия потока газа, многократного механического воздействия затвора, эластичное уплотнение быстро разрушается, что требует периодической его замены.

Известно исполнительное устройство регулятора давления газа [2], в котором, в целях увеличения износостойкости, седло, жестко закрепленное в корпусе, снабжено наплавкой из твердого сплава. Однако при жестком закреплении седла, в силу наличия при изготовлении деталей допускаемых отклонений размеров, формы и расположения поверхностей, неизбежен перекос контактируемых поверхностей седла и затвора и, как следствие, невысокая герметичность запорной пары.

Известен также прямоточный регулятор давления [3], в котором, с целью повышения герметичности, после сборки регулятора, затвор, укрепленный на эластичных мембранах, прижимают к седлу, установленному на сферической опоре, с последующей фиксацией положения седла. Конструктивное выполнение подвески затвора на эластичных мембранах повышает чувствительность регулятора, но ненадежно с точки зрения возможности обеспечения стабильной герметичности запорной пары, в процессе наработки ресурса. Кроме того, извлечение седла при эксплуатации для его замены через торец регулятора вызывает необходимость демонтажа выходного трубопровода, что является трудоемким процессом, требует последующих опрессовок системы и приводит к длительным простоям газотранспортной линии.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности запорно-регулирующего органа прямоточного регулятора давления газа.

Поставленная цель достигается тем, что известный прямоточный регулятор давления газа, содержащий корпус с закрываемым отверстием и соосными выходным и входным патрубками, в котором на одной оси с патрубками расположены поршневой чувствительный привод с радиальным кронштейном, имеющим каналы подвода задающего и выходного давлений, и запорно-регулирующий орган, содержащий затвор и седло, согласно изобретению дополнительно снабжен концентрично расположенным к затвору коллектором, выполненным в виде цилиндра с окнами для прохода газа, имеющими изменяющееся в зависимости от хода затвора проходное сечение, определяемое потребной расходной характеристикой, одна часть коллектора жестко связана с приводом, а в другую с осевым и радиальным зазорами установлено подвижное седло из твердого сплава с уплотнением по опорному торцу, причем диаметр контакта уплотнения с коллектором меньше диаметра контакта седла с затвором, поверхность седла, контактируемая с потоком газа и затвором выполнена конусообразной, а ее профиль представляет собой часть общего плавного профиля газового канала.

На фиг. 1 схематично представлен прямоточный регулятор давления газа, продольный разрез. На фиг. 2 увеличенный выносной элемент A с фиг. 1.

Регулятор 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 8, имеющим каналы подвода задающего и выходного давлений, жестко связанный с поршнем привода затвор 9, жестко связанный с приводом и концентрично расположенный к затвору коллектор 10 с окнами 11 для прохода газа, имеющими изменяющееся в зависимости от хода затвора проходное сечение, определяемое потребной расходной характеристикой, подвижное седло 12 из твердого сплава, установленное в коллектор с осевым Б и радиальным В зазорами и эластичным уплотнением 13 по опорному торцу.

Диаметр Д контакта уплотнения седла с коллектором меньше диаметра Д₁ контакта седла с затвором.

Зазоры Б и В выбраны из условия компенсации допускаемых максимальных отклонений размеров, формы и расположения поверхностей деталей при изготовлении регулятора.

Поверхность седла, контактируемая с потоком газа и затвором выполнена конусообразной, а ее профиль представляет собой часть общего плавного профиля газового канала.

Привод и запорно-регулирующий орган составляют единый блок, который монтируется в корпус с уплотнением 14 через закрываемое заглушкой отверстие и, при необходимости, демонтируется для ремонта или замены без демонтажа корпуса из системы трубопроводов.

Регулятор работает следующим образом. Задающее давление P_зад подается в управляющую полость 6, одновременно в полость 7 подается давление с выхода P_вых. Затвор 9 открывается и, при равенстве усилий на поршне от действия давлений в управляющих полостях, займет положение, при котором через запорно-регулирующий орган будет проходить поток газа, дросселируясь в проходных сечениях коллектор-затвор, затем затвор-седло, с давлением на выходе, равным заданному, например, давлению пускового газа, потребному для раскрутки турбины ГПА.

При росте выходного давления, вызванном, например, перекрытием крана пускового газа на ГПА при завершении раскрутки турбины, растет давление в управляющей полости 7, поршень перемещает затвор 8 на закрытие до соприкосновения с седлом, которое благодаря конусообразной поверхности, контактируемой с затвором и наличию осевого Б и радиального В зазоров, самоустанавливается относительно запорной кромки затвора.

Благодаря тому, что диаметр Д контакта уплотнения 13 седла с коллектором меньше диаметра Д₁ контакта седла с затвором, на седло действует дополнительное усилие, равное произведению величины высокого входного давления на площадь кольца, образованного разностью диаметров Д₁ и Д. Это усилие прижимает седло к затвору, дополнительно ориентируя седло и увеличивает удельное давление в контакте затвор-седло.

Такая конструкция обеспечивает высокую степень герметичности запорно-регулирующего органа прямоточного регулятора давления газа и большой ресурс его работы.

Выполнение профиля поверхности седла, контактируемой с потоком газа, как часть общего плавного профиля газового канала, исключает завихрения потока газа, что увеличивает пропускную способность и снижает возможность гидратообразования.

Дросселирование газа через окна с изменяющимся в соответствии с потребной расходной характеристикой проходным сечением повышает устойчивость процесса регулирования, что особенно важно для регуляторов с цикличным характером работы, поскольку в процессе каждого цикла расход газа через регулятор изменяется от нулевого до максимального значения.

За счет удлинения зоны дросселирования уменьшается количество холода, выделяемое на единицу поверхности, что также способствует снижению возможности загидрачивания.

В настоящее время опытные партии заявленных прямоточных регуляторов Д_у 50, 80, 100 находятся в опытной эксплуатации на объектах предприятия "Самаратрансгаз", которая показала их явные преимущества над известными.

Источники информации

1. Прямоточный регулятор давления газа типа ERS фирмы Mokveld valves, Голландия.

2. А.с. N 1453370, "Исполнительное устройство регулятора давления газа", кл. G 05 D 16/06, 1989.

3. А. с. N 383015, "Прямоточный регулятор давления", кл. G 0 5 D 16/06, 1973.