RU2125737C1

RU2125737C1 - Direct-flow gas pressure regulator

Info

Publication number: RU2125737C1
Application number: RU97100476A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Россеев; Ю.П. Кондратьев
Original assignee: Предприятие по транспортировке и поставкам газа РАО "ГАЗПРОМ" "САМАРАТРАНСГАЗ"
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1997-01-14
Publication date: 1999-01-27

Abstract

FIELD: automatic control equipment, in particular, for trunk gas pipes. SUBSTANCE: device has housing with closed inlet and coaxial output and input pipes, which are also coaxial to piston sensitive drive, which is equipped with radial cantilever and channels for supply of setting and output pressure levels, lock regulation unit, which has gate and saddle. In addition device has collector which is coaxial to gate and is designed as cylinder with holes for passing gas. Their cross section area alters depending on gate movement which is determined by required consumption level. One part of collector is connected to drive rigidly. Another part is related to mobile saddle which is spaced from collector along axis and radius and is made from hard alloy with gasket around rest end. Diameter of gasket contact to collector is less than diameter of contact of saddle to gate. Surface of saddle which contacts to gas flow and gate is cone-shaped. Its cross section is designed as integral part of smooth shape of gas channel. EFFECT: possibility to keep increased requirements for gas tightness and service life. 2 dwg

Description

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). The invention relates to techniques for automatic gas control and can be used in gas transport in systems where increased requirements for tightness and resource are imposed on a gas pressure regulator, in particular, in fuel and start-up gas preparation units (BTPG).

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. In BTPG systems with an autonomous starting gas line, the specifics of the starting gas regulator operation are repeated cycles, each of which contains: opening the shut-off regulating body, maintaining the required gas pressure during the spin-up of the gas-pumping unit drive turbine (GPU), closing the shut-off regulatory body, ensuring the required tightness until the next launch of the same or another of the many gas compressor units of the compressor department.

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. In the case of unlimited passage of gas from the high-pressure line through the closed shut-off-regulating body of the regulator, the pressure in the pipeline in the section from the regulator to the gas compressor increases above the permissible value, which leads to the actuation of the safety valve of the system with the release of gas into the atmosphere.

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. In well-known gas pressure regulators, in particular, in a direct-flow pressure regulator of the ERS type, selected by Mokveld valves, Holland [1], selected as a prototype, the fulfillment of increased requirements for the tightness of the shut-off-regulating body is achieved by the use of elastic seals in the shutter-seat pair. However, being in the throttling zone, under the conditions of the greatest pressure drop, dynamic and erosive effects of the gas flow, repeated mechanical action of the shutter, the elastic seal quickly breaks, which requires periodic replacement.

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. It is known the actuator of the gas pressure regulator [2], in which, in order to increase wear resistance, the saddle, rigidly fixed in the housing, is provided with hard alloy hardfacing. However, when the saddle is rigidly fixed, due to the presence of tolerances in the dimensions, shape and location of surfaces during the manufacturing of parts, the contact surfaces of the saddle and the valve and the closure are inevitable and, as a result, the tightness of the locking pair is low.

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. A direct-flow pressure regulator is also known [3], in which, in order to increase tightness, after assembling the regulator, a shutter mounted on elastic membranes is pressed against a saddle mounted on a spherical support, with subsequent fixation of the saddle position. The constructive implementation of the suspension of the shutter on elastic membranes increases the sensitivity of the regulator, but it is unreliable from the point of view of the possibility of ensuring stable tightness of the locking pair during the life of the resource. In addition, removing the seat during operation to replace it through the end face of the regulator necessitates the dismantling of the outlet pipe, which is a time-consuming process, requires subsequent pressure testing of the system, and leads to long downtime of the gas transmission line.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности запорно-регулирующего органа прямоточного регулятора давления газа. The aim of the present invention is to increase the reliability of the shut-off regulating body of a direct-flow gas pressure regulator.

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. This goal is achieved by the fact that the known direct-flow gas pressure regulator, comprising a housing with a closable hole and coaxial outlet and inlet nozzles, in which a piston sensitive actuator with a radial bracket having input and output pressure supply channels and shut-off valves are located on the same axis as the nozzles the regulatory body containing the shutter and seat, according to the invention is additionally equipped with a collector concentrically located to the shutter, made in the form of a cylinder with windows for the passage of gas, and having a flow cross section depending on the shutter stroke, determined by the required flow rate characteristic, one part of the collector is rigidly connected to the drive, and a movable hard metal seat with a seal along the supporting end is installed in the other with axial and radial gaps, and the diameter of the contact of the seal with the collector is smaller the diameter of the contact of the saddle with the shutter, the surface of the saddle in contact with the gas flow and the shutter is conical, and its profile is part of the overall smooth gas profile channel.

На фиг. 1 схематично представлен прямоточный регулятор давления газа, продольный разрез. На фиг. 2 увеличенный выносной элемент A с фиг. 1. In FIG. 1 schematically shows a direct-flow gas pressure regulator, a longitudinal section. In FIG. 2 enlarged extension A from FIG. 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. The regulator comprises a housing 1, input 2 and output 3 nozzles, a removable plug 4, a piston sensitive actuator 5 with control cavities 6 and 7 and a radial bracket 8 having channels for supplying the supply and output pressures, rigidly connected to the piston of the actuator, the shutter 9, rigidly connected with drive and collector concentrically located to the gate 10 with gas passage windows 11 having a flow cross section depending on the shutter stroke, determined by the required flow rate characteristic, a movable carbide seat 12, is installed inserted into the collector with axial B and radial C clearances and elastic seal 13 along the supporting end.

Диаметр Д контакта уплотнения седла с коллектором меньше диаметра Д₁ контакта седла с затвором.The diameter D of the seat seal contact with the manifold is less than the diameter D _{1 of the} seat contact with the valve.

Зазоры Б и В выбраны из условия компенсации допускаемых максимальных отклонений размеров, формы и расположения поверхностей деталей при изготовлении регулятора. The gaps B and C are selected from the condition for compensation of the maximum tolerances of the dimensions, shape and location of the surfaces of the parts in the manufacture of the regulator.

Поверхность седла, контактируемая с потоком газа и затвором выполнена конусообразной, а ее профиль представляет собой часть общего плавного профиля газового канала. The surface of the seat in contact with the gas stream and the shutter is conical, and its profile is part of the overall smooth profile of the gas channel.

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. The drive and the locking-regulating body constitute a single unit, which is mounted in the housing with a seal 14 through a hole closed by a plug and, if necessary, is dismantled for repair or replacement without dismantling the housing from the piping system.

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.The regulator operates as follows. Predetermined pressure P is fed _back to the control cavity 6 simultaneously fed into the cavity 7, the pressure output P _O. The shutter 9 opens and, when the forces on the piston are equal from the action of pressure in the control cavities, it will take a position in which a gas flow passes through the shut-off-regulating body, throttling the collector-gate, then the gate-seat, with outlet pressure equal to a predetermined, for example, starting gas pressure required to spin up a GPU turbine.

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. With an increase in the outlet pressure, caused, for example, by the shut-off of the start-up gas valve at the gas compressor unit at the completion of turbine spinning, the pressure in the control cavity 7 increases, the piston moves the shutter 8 to close until it touches the seat, which, due to the conical surface in contact with the shutter and the presence of axial B and radial B clearances, self-aligning relative to the shutter edge of the shutter.

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.Due to the fact that the diameter D of the contact of the seal 13 of the saddle with the manifold is smaller than the diameter D _{1 of the} contact of the seat with the valve, an additional force acts on the saddle equal to the product of the high inlet pressure and the area of the ring formed by the difference in diameters D ₁ and D. This force presses the saddle against shutter, further orienting the seat and increases the specific pressure in the contact of the shutter-seat.

Такая конструкция обеспечивает высокую степень герметичности запорно-регулирующего органа прямоточного регулятора давления газа и большой ресурс его работы. This design provides a high degree of tightness of the shut-off regulating body of the direct-flow gas pressure regulator and a long service life.

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. Performing a profile of the surface of the saddle in contact with the gas stream, as part of the overall smooth profile of the gas channel, eliminates the turbulence of the gas stream, which increases throughput and reduces the possibility of hydrate formation.

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. Throttling gas through windows with a flow cross section that varies in accordance with the required flow rate characteristic increases the stability of the control process, which is especially important for controllers with a cyclic nature of operation, since during each cycle the gas flow through the regulator changes from zero to maximum value.

За счет удлинения зоны дросселирования уменьшается количество холода, выделяемое на единицу поверхности, что также способствует снижению возможности загидрачивания. By lengthening the throttling zone, the amount of cold released per unit surface is reduced, which also helps to reduce the possibility of hydration.

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.Currently, the experimental batches declared ramjet controls D _50, 80, 100 are in pilot operation at the facilities of the company "Samaratransgaz", which showed clear advantages over the prior art.

Источники информации
1. Прямоточный регулятор давления газа типа ERS фирмы Mokveld valves, Голландия.Sources of information
1. Direct-flow gas pressure regulator type ERS company Mokveld valves, Holland.

2. А.с. N 1453370, "Исполнительное устройство регулятора давления газа", кл. G 05 D 16/06, 1989. 2. A.S. N 1453370, "Actuator of a gas pressure regulator", cl. G 05 D 16/06, 1989.

3. А. с. N 383015, "Прямоточный регулятор давления", кл. G 0 5 D 16/06, 1973. 3. A. p. N 383015, "Direct-flow pressure regulator", cl. G 0 5 D 16/06, 1973.

Claims

A direct-flow gas pressure regulator, comprising a housing with a lockable hole and coaxial inlet and outlet nozzles, in which a piston sensitive actuator with a radial bracket having input and output pressure supply channels, and a shut-off regulating element containing a shutter and a seat are located on the same axis as the nozzles characterized in that the regulator is additionally equipped with a collector concentrically located to the gate, made in the form of a cylinder with windows for the passage of gas, which vary depending on the passage of the shutter is an orifice, one part of the collector is rigidly connected to the drive, and a movable solid carbide seat with a seal along the abutment face is installed in the other with axial and radial clearances, and the diameter of the seal contact with the manifold is less than the diameter of the seat contact with the shutter, the surface of the seat in contact with the gas stream and the shutter is made conical, and its profile is part of the overall smooth profile of the gas channel.