RU2541705C1

RU2541705C1 - Gas pressure regulator

Info

Publication number: RU2541705C1
Application number: RU2013148498/28A
Authority: RU
Inventors: Анна Александровна Цынаева; Екатерина Александровна Цынаева; Максим Николаевич Никитин
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-02-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: gas pressure regulator comprises a tube feeding gas with initial parameters, a body, a tube discharging low-pressure gas, de Laval nozzle placed inside the body so that input part of the nozzle in interconnected with inner space of the body coupled to the tube feeding gas with initial parameters. Wall of de Laval nozzle is made as a thermoelectric generator representing in-series p-n transitions. Critical section of de Laval nozzle is made with a lamellar shutter coupled to thermoelectric generator through an electric drive.

EFFECT: improvement of continuous regulation of the gas pressure regulator and output of electric current.

2 dwg

Description

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для снижения давления газа, необходимого потребителю.The invention relates to the gas industry and can be used to reduce the gas pressure required by the consumer.

Аналогом устройства того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для снижения давления газа (УСДГ), включающее патрубок подвода газа с начальными параметрами, корпус, патрубок отвода газа низкого давления (см. Пат. РФ №2226709 / Ковальногов Н.Н., Жуховицкий Д.Л., Цынаева А.А., бюлл. от 10.04.2004).An analog of a device of the same purpose to the claimed invention, by a combination of features, is a device for reducing gas pressure (USDG), including a gas supply pipe with initial parameters, a housing, a low-pressure gas pipe (see Pat. RF No. 2226709 / N. N. Kovalnov , Zhukhovitsky D.L., Tsynaeva A.A., bull. From 10.04.2004).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании аналогичного регулятора давления, относится то, что при осуществлении изотермического регулирования не осуществляется регулирование работы устройства с целью непрерывного регулирования давления газа и не происходит выработка электрического тока, требуемого для регулирования параметров работы устройства.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a similar pressure regulator, the isothermal regulation does not regulate the operation of the device in order to continuously regulate the gas pressure and does not generate electric current required to regulate the operation parameters of the device.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является регулятор давления газа, включающий патрубок подвода газа с начальными параметрами, корпус, патрубок отвода газа низкого давления, сопло Лаваля, помещенное внутрь корпуса так, что входная часть сопла сообщается с внутренним пространством корпуса, соединенным с патрубком подвода газа с начальными параметрами, а выходная часть сопла соединена с патрубком отвода газа низкого давления (см. Пат. РФ №2364914 Регулятор давления / Ковальногов Н.Н., Цынаева А.А. Бюл. №23 от 20.08.2009 - прототип).The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a gas pressure regulator, including a gas supply pipe with initial parameters, a housing, a low pressure gas discharge pipe, a Laval nozzle placed inside the housing so that the inlet of the nozzle communicates with the interior of the housing connected to the gas supply pipe with initial parameters, and the nozzle outlet is connected to the low pressure gas pipe (see Pat. RF No. 2364914 Pressure regulator / Forge Gov N.N., Tsynaeva A.A. Bul. No. 23 of 08.20.2009 - prototype).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного регулятора, принятого за прототип, относится то, что известный регулятор регулирует давление газа при постоянной температуре и заданном входном и выходном давлении, но не осуществляется непрерывное регулирование давления газа и не вырабатывается электрический ток, требуемый для изменения критического сечения сопла Лаваля.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known regulator adopted as a prototype, the known regulator regulates the gas pressure at a constant temperature and a given inlet and outlet pressure, but the gas pressure is not continuously regulated and electric current is not generated, required to change the critical section of the Laval nozzle.

Сущность изобретения заключается в повышении эффективности работы регулятора, выработке электрического тока.The essence of the invention is to increase the efficiency of the controller, the generation of electric current.

Технический результат - непрерывное регулирование работы регулятора давления газа и выработка электрического тока.The technical result is the continuous regulation of the gas pressure regulator and the generation of electric current.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в регуляторе давления газа, содержащем патрубок подвода газа с начальными параметрами, корпус, патрубок отвода газа низкого давления, сопло Лаваля, помещенное внутрь корпуса так, что входная часть сопла сообщается с внутренним пространством корпуса, соединенным с патрубком подвода газа с начальными параметрами, а выходная часть сопла соединена с патрубком отвода газа низкого давления, особенность заключается в том, стенка сопла Лаваля выполнена в виде термоэлектрического генератора, представляющего собой последовательно соединенные р-n переходы, при этом критическое сечение сопла Лаваля выполнено с лепестковым затвором, соединенным с термоэлектрическим генератором через электропривод.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the gas pressure regulator containing a gas supply pipe with initial parameters, a housing, a low pressure gas pipe, a Laval nozzle placed inside the housing so that the inlet of the nozzle communicates with the interior of the housing connected with a gas supply pipe with initial parameters, and the nozzle exit is connected to a low pressure gas pipe, the feature is that the wall of the Laval nozzle is made in the form of rmoelektricheskogo generator, which is a series-connected p-n transition, the critical section of the Laval nozzle is configured petal gate coupled to the thermoelectric generator through the actuator.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на фиг.1 - предлагаемый регулятор давления газа; на фиг.2 - лепестковый затвор: а) - лепестковый затвор закрыт; б) - лепестковый затвор открыт, где представлены: патрубок подвода газа 1, корпус 2, патрубок отвода газа 3, сопло Лаваля 4, внутреннее пространство 5, критическое сечение 6, лепестковый затвор 7, термоэлектрический генератор 8, кабель 9, электропривод 10.The invention is illustrated by drawings, figure 1 - the proposed gas pressure regulator; figure 2 - petal shutter: a) - petal shutter is closed; b) - the petal shutter is open, where: the gas supply pipe 1, housing 2, gas discharge pipe 3, the Laval nozzle 4, the inner space 5, the critical section 6, the petal shutter 7, thermoelectric generator 8, cable 9, electric actuator 10.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the above technical result are as follows.

Работа предлагаемого регулятора давления осуществляется следующим образом. Принцип действия предлагаемого регулятора давления газа основан на реализации процесса газодинамической температурной стратификации потока. Поток газа высокого давления направляется через патрубок подвода газа 1 с начальными параметрами в корпус 2. После снижения давления газа в устройстве газ низкого давления удаляется через патрубок отвода газа 3 низкого давления. В сопле Лаваля 4, входная часть которого сообщается с внутренним пространством 5 корпуса 2, осуществляется со снижением давления ускорение газового потока, скорость которого становится больше скорости звука. При этом во внутреннем пространстве 5 корпуса 2 газ высокого давления движется с дозвуковой скоростью. Известно, что момент импульса возле стенки в сверхзвуковом потоке газа за счет работы сил трения переходит в тепло, которое отводится за счет механизмов теплопроводности. При условии, когда количество тепла, отводимого от стенки за счет теплопроводности, становится больше подводимого тепла за счет сил трения (критерий Pr<1), происходит перераспределение температуры газа в сверхзвуковом потоке газа. Это при росте скорости сверхзвукового потока приводит к снижению температуры восстановления и к передаче тепла от дозвукового потока высокого давления к сверхзвуковому потоку низкого давления. Непрерывное регулирование работы предлагаемого устройства осуществляется за счет изменения критического сечения 6 сопла Лаваля 4. Критическое сечение 6 сопла Лаваля 4 выполнено с лепестковым затвором 7. Так что, при изменении параметров газа (давления, расхода и т.д.) в газовой магистрали перед патрубком подвода газа 1 с начальными параметрами, лепестковый затвор 7 срабатывает, критическое сечение 6 сопла Лаваля 4 изменяется. При изменении параметров газа в газовой магистрали за патрубком отвода газа 3 низкого давления (при росте или падении потребления газа) лепестковый затвор 7 срабатывает, критическое сечение 6 сопла Лаваля 4 изменяется. Так поддерживается заданный уровень давления на выходе из регулятора. Для привода лепесткового затвора 7 требуется электрическая энергия. Электрическая энергия может быть получена прямым преобразованием энергии за счет разности температуры торможения дозвукового потока газа и температуры восстановления сверхзвукового потока. Для этого стенка сопла Лаваля 4 выполнена в виде термоэлектрического генератора 8, представляющего последовательно соединенные между собой p-n переходы. Одни спаи («горячие») термоэлектрического генератора 8 расположены со стороны дозвукового потока (внутреннее пространство 5 корпуса 2), другие спаи («холодные») термоэлектрического генератора 8 расположены со стороны сверхзвукового потока. То есть, разность температуры торможения дозвукового потока газа и температуры восстановления сверхзвукового потока обеспечивает возникновение разности потенциалов (выработку электрической энергии). Выработанная термоэлектрическим генератором 8 электрическая энергия по кабелю 9 подается на электропривод 10. Электропривод 10, интегрированный с лепестковым затвором 7, служит для открытия или закрытия лепесткового затвора 7. То есть, электрическая энергия используется для привода лепесткового затвора 7. Таким образом, осуществляется снижение давления газа практически без снижения его температуры, реализуется непрерывное регулирование параметров работы регулятора давления газа, а привод лепесткового затвора 7 осуществляется за счет электрического тока, вырабатываемого термоэлектрическим генератором 8. Использование предлагаемого решения позволяет осуществлять непрерывное регулирование работы регулятора давления газа и вырабатывать электрический ток.The work of the proposed pressure regulator is as follows. The principle of operation of the proposed gas pressure regulator is based on the implementation of the process of gas-dynamic temperature stratification of the flow. The high-pressure gas flow is directed through the gas supply pipe 1 with initial parameters to the housing 2. After the gas pressure in the device decreases, the low-pressure gas is removed through the low-pressure gas pipe 3. In the Laval nozzle 4, the inlet of which communicates with the interior space 5 of the housing 2, the gas stream is accelerated with a decrease in pressure, the speed of which becomes greater than the speed of sound. In this case, in the inner space 5 of the housing 2, the high-pressure gas moves at a subsonic speed. It is known that the angular momentum near the wall in a supersonic gas flow due to the work of friction forces passes into heat, which is removed due to heat conduction mechanisms. Provided that the amount of heat removed from the wall due to thermal conductivity becomes larger than the supplied heat due to friction forces (criterion Pr <1), the gas temperature is redistributed in the supersonic gas flow. This, with an increase in the supersonic flow velocity, leads to a decrease in the reduction temperature and to heat transfer from the high-pressure subsonic flow to the low-pressure supersonic flow. Continuous regulation of the operation of the proposed device is carried out by changing the critical section 6 of the Laval nozzle 4. The critical section 6 of the Laval nozzle 4 is made with a flap shutter 7. So, when changing gas parameters (pressure, flow, etc.) in the gas line in front of the pipe gas supply 1 with initial parameters, the flap shutter 7 is activated, the critical section 6 of the Laval nozzle 4 changes. When changing the gas parameters in the gas line behind the low pressure gas outlet 3 (with an increase or decrease in gas consumption), the leaf shutter 7 is activated, the critical section 6 of the Laval nozzle 4 changes. This maintains a given pressure level at the outlet of the regulator. To drive the flap shutter 7 requires electrical energy. Electric energy can be obtained by direct energy conversion due to the difference between the braking temperature of a subsonic gas flow and the recovery temperature of a supersonic flow. For this, the wall of the Laval nozzle 4 is made in the form of a thermoelectric generator 8, which represents p-n junctions connected in series. Some junctions ("hot") of the thermoelectric generator 8 are located on the subsonic flow side (inner space 5 of the housing 2), while other junctions ("cold") of the thermoelectric generator 8 are located on the supersonic flow side. That is, the difference in the braking temperature of the subsonic gas flow and the recovery temperature of the supersonic flow provides the occurrence of a potential difference (generation of electrical energy). The electric energy generated by the thermoelectric generator 8 is supplied via cable 9 to the electric actuator 10. The electric actuator 10, integrated with the petal shutter 7, serves to open or close the petal shutter 7. That is, the electric energy is used to drive the petal shutter 7. Thus, the pressure is reduced gas practically without reducing its temperature, continuous regulation of the parameters of the gas pressure regulator is implemented, and the actuator of the flap shutter 7 is due to ele ctric current generated by thermoelectric generator 8. Using the proposed solution allows for continuous regulation of the gas pressure regulator and generate electric current.

Claims

A gas pressure regulator comprising a gas supply pipe with initial parameters, a housing, a low pressure gas pipe, a Laval nozzle placed inside the body so that the inlet of the nozzle communicates with the interior of the body connected to the gas pipe with the initial parameters, and the output the nozzle is connected to the low-pressure gas outlet pipe, characterized in that the wall of the Laval nozzle is made in the form of a thermoelectric generator, which is a series of pn junctions connected In this case, the critical section of the Laval nozzle is made with a flap shutter connected to the thermoelectric generator through an electric drive.