RU2239863C1 - Gas pressure adjuster with straight action and self-heating - Google Patents
Gas pressure adjuster with straight action and self-heating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239863C1 RU2239863C1 RU2003128465/28A RU2003128465A RU2239863C1 RU 2239863 C1 RU2239863 C1 RU 2239863C1 RU 2003128465/28 A RU2003128465/28 A RU 2003128465/28A RU 2003128465 A RU2003128465 A RU 2003128465A RU 2239863 C1 RU2239863 C1 RU 2239863C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- gas
- channel
- ejector
- servo
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Предлагаемый регулятор давления газа относится к области гидропневмоавто-матики и может быть использован практически в любой отрасли промышленности, преимущественно, для линий малой производительности на газоредуцирующих установках с входным давлением до 25 МПа.The proposed gas pressure regulator belongs to the field of hydropneumatic automation and can be used in almost any industry, mainly for low-productivity lines in gas reduction plants with an inlet pressure of up to 25 MPa.
Известная вихревая труба, которая не только генерирует тепло (холод), но одновременно при плавно изменяемой геометрии соплового ввода может быть использована как регулятор давления газа (см. статью В.В.Николаева и др. “Опыт эксплуатации регулируемой вихревой трубы на газораспределительной станции” в журнале “Газовая промышленность” №10, 1995 г., с.13). Известная вихревая труба содержит камеру энергетического разделения и диафрагму, между которыми размещен сопловой ввод с регулируемым сопловым сечением. В этой вихревой трубе сопловой ввод выполнен в виде прямоугольной улитки, построенной по спирали Архимеда, при этом сечение соплового ввода регулируется изменением высоты улитки за счет перемещения подвижного клина.The well-known vortex tube, which not only generates heat (cold), but simultaneously with a continuously variable nozzle inlet geometry, can be used as a gas pressure regulator (see the article by V.V.Nikolaev et al. “Experience in operating an adjustable vortex tube in a gas distribution station” in the journal "Gas Industry" No. 10, 1995, p.13). Known vortex tube contains an energy separation chamber and a diaphragm, between which there is a nozzle inlet with an adjustable nozzle section. In this vortex tube, the nozzle inlet is made in the form of a rectangular snail, built in a spiral of Archimedes, while the nozzle inlet section is controlled by changing the height of the cochlea due to the movement of the movable wedge.
Недостатком трубы является сложность изготовления узла регулирования из-за наличия пар трения прямоугольного профиля, сопрягаемых с высокой точностью. Кроме того, возникает эрозия именно боковых деталей сопла по линиям вершин прямых углов, что приводит в процессе эксплуатации к негерметичности посадочных мест и, как следствие - к перетечкам газа, искажению расчетной картины течения газа и, в итоге, к снижению эксплуатационной надежности и эффективности процесса энергоразделения.The disadvantage of the pipe is the difficulty of manufacturing the control unit due to the presence of friction pairs of a rectangular profile, mated with high accuracy. In addition, erosion occurs precisely on the side parts of the nozzle along the lines of vertices of right angles, which leads to leakage of seats during operation and, as a result, to gas leakage, distortion of the calculated picture of the gas flow and, ultimately, to a decrease in operational reliability and process efficiency energy separation.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является известное изобретение (см. а.с. СССР №224231 на “Регулятор давления газа непрямого действия с самообогревом” от 24.10.72, М.Кл G 05 D 16/10). Известный регулятор давления газа содержит наружный цилиндрический корпус, являющийся частью газопровода, со встроенным внутри него и аксиально расположенным подвижным цилиндрическим стаканом, связанным с пилотным устройством, соосную с ним вихревую камеру энергетического разделения с кольцевым каналом отвода горячего потока и расположенный между диафрагмой и камерой узел регулирования сечения тангенциального соплового ввода сжатого газа в камеру, а также - утилизирующий вихревой эжектор, расположенный непосредственно за диафрагмой на холодном конце камеры.The closest technical solution, selected as a prototype, is the well-known invention (see USSR AS No. 2242231 on “Pressure regulator of gas of indirect action with self-heating” from 10.24.72, M. Cl G 05 D 16/10). The known gas pressure regulator comprises an outer cylindrical body, which is part of a gas pipeline, with an integrated axially arranged movable cylindrical cup integrated inside it and connected to the pilot device, an energy separation coaxial vortex chamber with an annular channel for removing the hot flow, and a control unit located between the diaphragm and the chamber sections of the tangential nozzle inlet of compressed gas into the chamber, as well as a utilizing vortex ejector located directly behind the diaphragm oh at the cold end of the chamber.
К недостаткам прототипа необходимо отнести следующее. Во-первых, значительная динамическая неуравновешенность запорной пары, пропорциональная скоростному напору газа, действующему на торец подвижного стакана-клапана, что снижает надежность работы и точность регулирования. Во-вторых, регулирование расхода газа осуществляется за счет изменения сечения соплового ввода в докритической области, то есть происходит процесс “преждевременного” дросселирования, что сужает эффективный диапазон по самообогреву, особенно при дефиците величины входного давления сжатого газа. И в-третьих - что тоже существенно - встроенная в газопровод конструкция регулятора не позволяет проводить эксплуатационно-профилактические работы без демонтажа его с линии редуцирования.The disadvantages of the prototype must include the following. Firstly, a significant dynamic imbalance of the locking pair, proportional to the gas pressure head acting on the end of the movable nozzle-valve, which reduces the reliability and accuracy of regulation. Secondly, the gas flow rate is controlled by changing the nozzle inlet cross section in the subcritical region, that is, the process of “premature” throttling occurs, which narrows the effective range for self-heating, especially when there is a deficit in the input pressure of the compressed gas. And thirdly - which is also essential - the regulator’s design built into the gas pipeline does not allow for maintenance and preventive work without dismantling it from the reduction line.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной надежности и точности регулирования за счет эффективного самообогрева и динамической уравновешенности запорной пары.The task of the invention is to increase the operational reliability and accuracy of regulation due to effective self-heating and dynamic balance of the locking pair.
Эта цель достигается тем, что регулятор давления, который содержит наружный корпус, соосную с ним вихревую камеру энергетического разделения с кольцевым каналом отвода горячего потока и расположенный между диафрагмой и камерой узел регулирования сечения тангенциального соплового ввода сжатого газа в камеру, а также - утилизирующий вихревой эжектор, расположенный непосредственно за диафрагмой на холодном конце камеры, отличается тем, что узел регулирования, конкретно - клапан, выполнен в виде продольно перемещаемого штоком сервопривода полого цилиндра (далее - “клапан”), который со стороны диафрагмы взаимодействует с седлом и выходным сечением соплового ввода посредством продольных тангенциальных каналов на стенке входного коллектора, охватывающего наружную стенку клапана. При этом канал отвода горячего потока в сторону холодного конца камеры и корпуса соплового ввода своим выходом подключен к коллектору подачи горячего потока в эжектор, выполненный в виде тангенциальных каналов в боковой стенке канала отвода холодного потока, причем за каналом смешения эжектора и боковым отводом смешанного потока расположен упомянутый выше сервопривод регулятора. При таком взаимном расположении клапана соплового ввода и диафрагмы обеспечивается практически полная динамическая уравновешенность запорной пары, существенное снижение перестановочного усилия на штоке, что позволяет использовать сервопривод относительно небольшой мощности, повысить надежность работы регулятора и точность регулирования. Кроме того, чувствительный элемент сервопривода, например поршень, нагружен с одной стороны выходным давлением редуцируемого газа, а с другой стороны - силой давления основной пружины или управляющего газа. Основная пружина со стороны штока сервопривода установлена с возможностью взаимодействия ее с регулировочным винтом, перемещающим в осевом направлении наружный корпус, контактирующий с нижним концом основной пружины и охватывающий корпус сервопривода, жестко закрепленный с корпусом регулятора. При этом поршень со стороны выходного давления и возвратной пружины оперт толкателем, с противоположного торца нагруженным давлением сжатого газа. Шток сервопривода состоит из двух частей. С одной стороны - шток поршня, соответственно закрепленный с поршнем, с другой стороны - шток клапана с противоположной стороны, за пределами корпуса регулятора, опертый своим сферическим торцом в плоский торец штока поршня. Причем шток клапана снабжен возвратной пружиной, опертой относительно корпуса регулятора.This goal is achieved by the fact that the pressure regulator, which contains the outer casing, an energy separation coaxial vortex chamber with an annular channel for removing the hot flow, and a section for controlling the cross section of the tangential nozzle input of compressed gas into the chamber located between the diaphragm and the chamber, and also a utilizing vortex ejector located directly behind the diaphragm at the cold end of the chamber, characterized in that the control unit, specifically the valve, is made in the form of a servo-drive longitudinally moved by the rod a hollow cylinder (hereinafter - "valve") that the part of the diaphragm cooperates with the seat and outlet section of the nozzle entering through the longitudinal wall of the tangential channels to inlet manifold covering the outer wall of the valve. At the same time, the channel for diverting the hot flow towards the cold end of the chamber and the nozzle inlet body is connected with its outlet to the collector for supplying the hot stream to the ejector, made in the form of tangential channels in the side wall of the channel for diverting the cold stream, and located behind the mixing channel of the ejector and the side outlet of the mixed stream servo controller mentioned above. With this mutual arrangement of the nozzle inlet valve and the diaphragm, almost complete dynamic balance of the locking pair is ensured, a significant reduction in the switching force on the rod, which allows the use of a relatively small power servo, increase the reliability of the regulator and the accuracy of regulation. In addition, a servo sensing element, such as a piston, is loaded on one side with the outlet pressure of the reduced gas, and on the other hand, with the pressure force of the main spring or control gas. The main spring on the side of the servo rod is installed with the possibility of its interaction with the adjusting screw, axially moving the outer casing in contact with the lower end of the main spring and covering the servo casing, rigidly fixed to the regulator casing. In this case, the piston on the side of the outlet pressure and return spring is supported by a pusher, from the opposite end loaded by the pressure of the compressed gas. The servo rod consists of two parts. On the one hand, there is a piston rod, respectively fixed with a piston, on the other hand, a valve stem on the opposite side, outside the regulator body, supported with its spherical end face in the flat end face of the piston rod. Moreover, the valve stem is equipped with a return spring supported relative to the regulator body.
Кроме того, тангенциальные каналы соплового ввода и эжектора выполнены, например, прорезной фрезой соответствующих размеров таким образом, чтобы осевая протяженность их со стороны входа сжатого газа была, по меньшей мере, в полтора раза больше их протяженности со стороны выхода газа.In addition, the tangential channels of the nozzle inlet and ejector are made, for example, by a slotted cutter of appropriate sizes so that their axial extension from the compressed gas inlet side is at least one and a half times their length from the gas outlet side.
На чертеже показан общий вид регулятора давления прямого действия с самообогревом в виде продольного разреза с поперечными сечениями А-А, Б-Б и выносным элементом I в закрытом положении клапана.The drawing shows a General view of the pressure regulator direct-acting with self-heating in the form of a longitudinal section with cross sections aa, bb and remote element I in the closed position of the valve.
Регулятор давления содержит наружный корпус 1, соосную с ним вихревую камеру 2 энергетического разделения с кольцевым каналом 3 отвода горячего потока и расположенный между диафрагмой 4 и камерой 2 узел регулирования сечения тангенциального соплового ввода, конкретно - клапан 5, выполненный в виде продольно перемещаемого штоком сервопривода полого цилиндра (далее - “клапан”), который со стороны диафрагмы 4 взаимодействует с седлом 6 и выходным сечением соплового ввода посредством продольных тангенциальных каналов 7 на стенке входного коллектора 8, охватывающего наружную стенку клапана. При этом канал 3 отвода горячего потока в сторону холодного конца камеры и соплового ввода своим выходом подключен к коллектору 9 подачи горячего потока в эжектор, выполненный в виде тангенциальных каналов 10 в боковой стенке канала 11 отвода холодного потока. Причем за каналом 12 смешения эжектора и боковым отводом 13 смешанного потока расположен упомянутый сервопривод. Чувствительный элемент сервопривода - поршень 14 нагружен с одной стороны выходным давлением редуцируемого газа, а с другой - силой давления основной пружины 15. Основная пружина со стороны штока установлена с возможностью взаимодействия ее с регулировочным винтом 16, который перемещает в осевом направлении наружный корпус 17, контактирующий с нижним концом основной пружины и охватывающий корпус 18 сервопривода, жестко закрепленный с корпусом 1 регулятора. При этом поршень 14 со стороны выходного давления и возвратной пружины 19 оперт толкателем 20, с противоположного торца 21 нагруженным давлением сжатого газа. Шток сервопривода во избежание заклинивания подвижных частей регулятора и удобства монтажа-демонтажа состоит из двух частей. С одной стороны - шток 22 поршня (соответственно, закрепленный с поршнем), с другой стороны - шток 23 клапана, с противоположной стороны за пределами корпуса регулятора опертый своим сферическим торцом в плоский торец штока 22. Причем шток 23 может быть снабжен возвратной пружиной 24, опертой относительно корпуса регулятора. Кроме того, тангенциальные каналы соплового ввода и эжектора могут быть выполнены, например, прорезной фрезой соответствующих размеров таким образом, чтобы осевая протяженность их со стороны входа сжатого газа была, по меньшей мере, в полтора раза больше их протяженности со стороны выхода газа.The pressure regulator includes an outer casing 1, a vortex chamber 2 coaxial with it, energy separation with an annular channel 3 for the removal of hot flow and located between the diaphragm 4 and the chamber 2, a unit for regulating the cross section of the tangential nozzle inlet, specifically, a valve 5, made in the form of a hollow servo-drive rod hollow cylinder (hereinafter referred to as the “valve”), which from the side of the diaphragm 4 interacts with the seat 6 and the output section of the nozzle input by means of longitudinal tangential channels 7 on the wall of the input coll vector 8, covering the outer wall of the valve. In this case, the channel 3 for the removal of the hot flow towards the cold end of the chamber and the nozzle input is connected by its output to the collector 9 for supplying the hot stream to the ejector, made in the form of tangential channels 10 in the side wall of the channel 11 for removing the cold stream. Moreover, behind the channel 12 of the mixing of the ejector and the lateral tap 13 of the mixed stream is located the aforementioned servo. The sensitive element of the servo drive - the piston 14 is loaded on one side with the outlet pressure of the reduced gas, and on the other hand - with the pressure force of the main spring 15. The main spring on the side of the rod is installed so that it can interact with the adjusting screw 16, which moves the outer housing 17 in contact axially with the lower end of the main spring and covering the housing 18 of the servo drive, rigidly fixed to the housing 1 of the regulator. In this case, the piston 14 on the side of the outlet pressure and return spring 19 is supported by the pusher 20, from the opposite end 21 loaded with the pressure of the compressed gas. The servo rod in order to avoid jamming the moving parts of the regulator and the convenience of mounting and dismounting consists of two parts. On the one hand, the piston rod 22 (respectively, fixed with the piston), on the other hand, the valve stem 23, on the opposite side outside the regulator body supported by its spherical end face in the flat end face of the rod 22. Moreover, the rod 23 can be provided with a return spring 24, supported relative to the regulator body. In addition, the tangential channels of the nozzle inlet and ejector can be made, for example, with a slotted cutter of appropriate sizes so that their axial extension from the compressed gas inlet side is at least one and a half times their length from the gas outlet side.
Плотное закрытие регулятора при нулевом расходе обеспечивается при выполнении клапана из неметаллического материала при соответствующем усилии возвратных пружин 19, 24 на линии контакта (на чертеже условно обозначено буквой “К” на выносном элементе I).Tight closing of the regulator at zero flow rate is ensured when the valve is made of non-metallic material with the corresponding force of the return springs 19, 24 on the contact line (in the drawing it is conventionally indicated by the letter “K” on the remote element I).
Регулятор работает следующим образом.The regulator operates as follows.
Перед включением регулятора в работу производится одновременная подача сжатого газа во входной коллектор 8 и в полость над торцом 21 толкателя 20. При этом усилие от давления газа на шток 23 гарантирует плотность закрытия клапана регулятора, так как это усилие, направленное вниз, больше усилия на свободную поверхность торца клапана 5 вне линии контакта “К”, направленного вверх.Before turning on the regulator, the compressed gas is simultaneously supplied to the inlet manifold 8 and into the cavity above the end face 21 of the pusher 20. In this case, the force from the gas pressure on the rod 23 guarantees the closure of the regulator valve, since this downward force is greater than the free force the surface of the end face of the valve 5 outside the line of contact “K” directed upwards.
После этого, воздействуя на основную пружину 15 посредством регулировочного винта 16 и преодолевая силы трения на уплотнениях клапана, штока и поршня, а также усилие возвратной пружины 19 и толкателя 20, производят плавное перемещение клапана, открывая доступ сжатого газа в камеру 2 энергетического разделения, где образуется интенсивный круговой поток, приосевые слои которого охлаждаются и отводятся через диафрагму 4 в виде холодного потока низкого давления, а периферийные слои нагреваются и вытекают через кольцевой канал 3 и корпус соплового ввода к коллектору 9 подачи горячего потока в утилизирующий вихревой эжектор. При этом горячий поток, подогревая корпус соплового ввода за счет теплопроводности, предотвращает возможное обмерзание рабочих поверхностей запорно-регулирующей пары в процессе дросселирования. Кроме того, за счет эжектирующего действия горячего потока, истекающего из тангенциальных каналов 10, происходит не только компенсация потерь давления при движении холодного потока через диафрагму, но и понижение давления в приосевой зоне соплового ввода сжатого газа, что расширяет диапазон эффективной работы вихревой камеры в условиях дефицита входного давления сжатого газа. Кроме того, можно предположить, что при изменении величины давления сжатого газа (во всяком случае не более чем на ≈50%) не будет необходимости в поднастройке поджатия основной пружины для сохранения величины выходного давления с достаточной для потребителя точностью. В случае превышения давления Рвых сверх заданного и установленного путем соответствующей затяжки основной пружины 15 сила на клапан 5, действующая вниз, возрастет, при этом клапан опустится и сечение дросселирующих тангенциальных каналов 7 уменьшится, что вызовет понижение давления Рвых до заданной величины и наоборот.After that, acting on the main spring 15 by means of an adjusting screw 16 and overcoming the friction forces on the valve, stem and piston seals, as well as the force of the return spring 19 and pusher 20, the valve moves smoothly, allowing compressed gas to enter the energy separation chamber 2, where an intense circular flow is formed, the axial layers of which are cooled and discharged through the diaphragm 4 in the form of a cold stream of low pressure, and the peripheral layers are heated and flow through the annular channel 3 and the nozzle body about the input to the collector 9 of the supply of hot flow into the utilizing vortex ejector. In this case, the hot flow, heating the nozzle inlet body due to thermal conductivity, prevents possible freezing of the working surfaces of the locking-regulating pair during the throttling process. In addition, due to the ejecting action of the hot stream flowing out of the tangential channels 10, there is not only compensation for pressure losses during the movement of the cold stream through the diaphragm, but also a decrease in pressure in the axial zone of the nozzle inlet of compressed gas, which extends the range of effective operation of the vortex chamber under conditions deficiency of inlet pressure of compressed gas. In addition, it can be assumed that when the pressure of the compressed gas changes (in any case, by no more than ≈50%), there will be no need to adjust the preload of the main spring to maintain the value of the outlet pressure with sufficient accuracy for the consumer. If the pressure Pvych is exceeded above the set and established by the corresponding tightening of the main spring 15, the force on the valve 5 acting downward will increase, while the valve will lower and the cross section of the throttling tangential channels 7 will decrease, which will cause the pressure Pvykh to decrease to a predetermined value and vice versa.
Таким образом, учитывая вышеизложенное, можно утверждать о возможности выполнения поставленной задачи: повышение эксплуатационной надежности и точности регулирования за счет эффективного самообогрева и динамической уравновешенности запорной пары.Thus, taking into account the foregoing, it can be argued about the possibility of fulfilling the task: increasing operational reliability and accuracy of regulation due to effective self-heating and dynamic balance of the locking pair.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003128465/28A RU2239863C1 (en) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | Gas pressure adjuster with straight action and self-heating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003128465/28A RU2239863C1 (en) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | Gas pressure adjuster with straight action and self-heating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2239863C1 true RU2239863C1 (en) | 2004-11-10 |
Family
ID=34311246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003128465/28A RU2239863C1 (en) | 2003-09-22 | 2003-09-22 | Gas pressure adjuster with straight action and self-heating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2239863C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540931C2 (en) * | 2013-05-14 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-Производственное предприятие "РЕСПИРАТОР" | Method of regulating gas flow in reducer |
-
2003
- 2003-09-22 RU RU2003128465/28A patent/RU2239863C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| НИКОЛАЕВ В.В. и др. Опыт эксплуатации регулируемой вихревой трубы на газораспределительной станции. Газовая промышленность. - 1995, №10, с.13. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540931C2 (en) * | 2013-05-14 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Научно-Производственное предприятие "РЕСПИРАТОР" | Method of regulating gas flow in reducer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4767052A (en) | Thermostatically self-regulating mixing valve | |
| US9759332B2 (en) | Atomizing desuperheater shutoff apparatus and method | |
| US5261597A (en) | Temperature responsive 3-way line valve with shape memory alloy actuator | |
| US20100313585A1 (en) | Fluid expansion-distribution assembly | |
| US10883717B2 (en) | Solenoid operated valve for reducing excessive piping pressure in a fluid distribution system | |
| US9732866B2 (en) | Adjustable temperature regulated faucet | |
| EP0452496B1 (en) | Constant flow rate valve | |
| US11739509B2 (en) | Adjustable temperature regulated faucet | |
| US5490539A (en) | Pressure regulator for maintaining a stable flow level of a fluid | |
| US4219044A (en) | Control valve assembly | |
| RU2239863C1 (en) | Gas pressure adjuster with straight action and self-heating | |
| EP0448315B1 (en) | Improved thermostatic mixing valve | |
| WO2002070930A2 (en) | Hot water temperature control valve system | |
| CN101000108A (en) | Large bore constant temp, water mixing valve | |
| CN201137747Y (en) | Self-operated flow-temperature assembled regulation valve | |
| CN105829986B (en) | Pressure independent type dynamic balance valve for flow control | |
| RU2248603C2 (en) | Indirect-action gas pressure regulator with self-heating | |
| JP2009014153A (en) | Constant flow valve | |
| RU2429424C2 (en) | Temperature control device of service water | |
| US3599674A (en) | Valve means for converting superheated high pressure steam into steam of lower pressure and temperature | |
| RU2202744C2 (en) | Vortex tube | |
| RU2170891C1 (en) | Vortex tube | |
| RU167372U1 (en) | PRESSURE REGULATOR | |
| CA2988067C (en) | An apparatus for controlling a fluid flow | |
| RU2263944C1 (en) | Indirect action pressure adjuster with self-heating feature |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080923 |