RU2667057C1 - Широкопроходной регулятор давления - Google Patents
Широкопроходной регулятор давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667057C1 RU2667057C1 RU2017126338A RU2017126338A RU2667057C1 RU 2667057 C1 RU2667057 C1 RU 2667057C1 RU 2017126338 A RU2017126338 A RU 2017126338A RU 2017126338 A RU2017126338 A RU 2017126338A RU 2667057 C1 RU2667057 C1 RU 2667057C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- spiral element
- flow
- pressure regulator
- vortex
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 24
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D16/00—Control of fluid pressure
- G05D16/04—Control of fluid pressure without auxiliary power
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Flow Control (AREA)
Abstract
Вихревой регулятор давления содержит внутритрубный спиралевидный элемент, расположенный вдоль оси трубопровода и закрепленный во вставленном в трубопровод сегменте, причем количество витков и шаг витка спиралевидного элемента зависит от целевой линейной характеристики изменения перепада давления в зависимости от массового расхода через сегмент трубопровода и определяется целевым проектным технологическим режимом, а величина его проходного сечения составляет не менее 40% площади сечения трубопровода. Спиралевидный элемент может быть закреплен в сегменте трубопровода при помощи втулки, манжеты или путем самоякорения. Изобретение позволяет использовать вихревой принцип движения потока для создания широкопроходного регулятора давления упрощенной конструкции, обеспечивающего снижение рисков гидратообразования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для регулирования давления газа в системах сбора, подготовки, транспорта и распределения.
Основной принцип, используемый в настоящий момент в промышленности для регулирования давления газа, заключается в локальном изменении проходного сечения потока. Теплофизический характер протекающих при этом процессов известен как эффект Джоуля-Томсона. Процесс характеризуется как адиабатический, изоэнтальпийный, необратимый со значительным повышением энтропии (И.Е. Идельчик, Справочник по гидравлическим сопротивлениям, «Машиностроение», Москва, 1992, с. 10-41). Для среды с уравнением состояния, близким к закону идеального, изменение давления газа не приводит к изменению температуры среды. Однако, для реальных газов температурный эффект явно выражается в виде ненулевого значения коэффициента пропорциональности между величиной изменения давления и температуры среды, так называемый коэффициент Джоуля-Томсона. Величина коэффициента в области температур значительно выше критической Ткр и давлений порядка или ниже критического Ркр составляет порядка 1 К/МПа, но быстро возрастает при понижении температуры до около-критической, достигая значений порядка 5-10 К/МПа. Если при понижении давления и температуры газовая композиция пересекает кривую гидратообразования, формируются условия для появления газогидратов в потоке и на элементах газораспределительной системы. Локальный характер понижения давления и температуры в сужении потока (штуцер, седло регулировочного клапана) приводит к непосредственному примыканию области интенсивного охлаждения после сужения и области высокого давления до сужения, что способствует формированию гидратных пробок.
Как следует из вышеприведенного источника информации, газодинамика диктует нелинейный, квадратичный ход перепада давления на устройстве при изменении потока и абсолютное ограничение по достижении критического расхода. Расчет при целевом перепаде давлений более 0,5 МПа приводит к характерным скоростям протекания через сужение более 100 м/с. Таким образом, характерное отношение номинальной площади сечения трубопровода к проходному сечению устройства дросселирования (штуцера) составляет величину более 10.
Для достижения линейной зависимости пропускной способности от перепада давления на подобных устройствах должны быть задействованы специальные механические схемы. Подобные схемы реализованы в регуляторах давления, применяемых в технологических схемах газораспределительных систем. К ним относятся устройства с распределенной геометрией последовательных сужений в проточном тракте среды, а также устройства с регулируемой переменной площадью сечения, работающие по принципу обратной связи.
Использование вихревого принципа движения для регулирования газовых потоков до сих пор не нашло широкого применения. Однако, хорошо известны Вихревые Трубки Ранка-Хилша (Georges Joseph Ranque, U.S. Patent no. 1,952,281, filed: December 6, 1932; issued: March 27, 1934; Rudolf Hilsch, "Die Expansion von Gasen im Zentrifugalfeld als ", Zeitschrift Naturforschung, 1, c.208-214, 1946), основное функциональное предназначение которых заключается в делении входного потока флюида на холодный и горячий в процессе понижения давления и формирования скоростного вихревого движения (так называемый эффект температурного расслоения). Использование тепловой мощности холодного потока соответствует реализации холодильного цикла устройством без движущихся частей.
Из уровня техники известен вихревой регулятор давления (патент РФ №2486573, МПК G05D 16/00, опубликовано 27.06.2013 г), содержащий подводящий трубопровод, соединенный каналом через узел регулирования потока газа с устройством температурного разделения, представляющим собой гофрированную трубу, гофры которой изготовлены по винтовой линии, выполненную в виде усеченного конуса, и через диафрагму - с отводящим трубопроводом, соединенным с пилотным устройством. Причем положительная обратная связь обеспечивается по "горячему" контуру каналом между трубопроводом и цилиндром температурного разделения, который содержит крестовину с профилированными лопатками, плавно выпрямляющими поток газа, и устройство перепуска "горячего" газа после крестовины в центр "холодного" вихря на оси цилиндра. Узел регулирования входного потока содержит два и более круглых сопла, равномерно расположенных по окружности, с установленными в них кольцами с переменной жесткостью стенки, эллиптического поперечного сечения, выполненных из эластичного материала, изменяемого проходного сечения. На конце устройства температурного разделения установлена головка с ребрами, выполненными в виде винта, содержащая в стенках каналы перепуска "горячего" газа, соединенные с оребренными трубками, спирально расположенными в канале вокруг цилиндра температурного разделения для обеспечения выхода перепускаемой части "горячего" газа из спиральных трубок через отверстия в корпусе регулятора в газовый эжектор, выходом соединенный с отводящим трубопроводом. Головка жестко закреплена со штоком, который, перемещаясь вдоль оси цилиндра температурного разделения, позволяет менять тем самым его длину. Узел регулирования выходного потока представляет собой эластичную трубу, установленную на выходе из цилиндра температурного разделения в тракте отводящего трубопровода и находящуюся под регулируемым давлением, что позволяет изменять проходное сечение диафрагмы.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и технической реализации.
Задачей изобретения является упрощение конструкции вихревого регулятора давления газа.
Техническим результатом изобретения является достижение квазилинейной зависимости перепада давления от расхода газа, снижение рисков гидратообразования.
Поставленная задача решается и технический результат достигается вихревым регулятором давления, содержащим внутритрубный спиралевидный элемент, расположенный вдоль оси трубопровода и закрепленный определенным образом во вставленном в трубопровод сегменте, причем количество витков и шаг витка спиралевидного элемента зависит от целевой линейной характеристики изменения перепада давления в зависимости от массового расхода через сегмент трубопровода и определяется целевым проектным технологическим режимом, а величина его проходного сечения составляет не менее 40% площади сечения трубопровода.
Согласно изобретению спиралевидный элемент может быть закреплен в сегменте трубопровода в зависимости от материального исполнения при помощи втулки, манжеты или путем самоякорения.
Подбор шага витка и количества витков осуществляется в зависимости от решаемой задачи регулирования потока. При этом используется зависимость перепада давления на вихревом регуляторе от массового расхода, в динамическом диапазоне : , где δРвр - перепад давления на вихревом регуляторе [МПа], Квс - коэффициент вихревого сопротивления регулятора в данной геометрии [МПа*с/кг], - массовый расход среды [кг/с], δP0 - смещение. Характерный интервал значений коэффициента вихревого сопротивления [0,1;5] [МПа* с/кг]. При прочих равных параметрах, вихревое сопротивление растет с увеличением количества витков.
Расчетные характеристики вихревого регулятора давления для двух конкретных примеров приведены на изображении Фиг. 1. В качестве расчетной среды использован газ метан. В одном примере проходной диаметр трубопровода Dy=63 мм, спиралевидный элемент имеет 3 витка с шагом 25 мм. В другом примере Dy=90 мм, спиралевидный элемент имеет 9 витков с шагом 26 мм. В обоих случаях расчетные зависимости перепада давления от массового расхода потока имеют линейный характер.
Согласно изобретению эффективная величина проходного сечения спиралевидного профиля составляет порядка 50% площади сечения вмещающего трубопровода, что и дает возможность классифицировать данное устройство как «широкопроходное».
На чертеже фиг. 2 представлена принципиальная схема вихревого регулятора давления.
Вихревой регулятор давления содержит спиралевидный элемент 1, который закреплен на втулке 2 посредством элементов крепления 3. Втулка установлена в сегменте 4, которая посредством присоединительных фланцев 5 вставляется в трубопровод (не показан).
Устройство работает следующим образом.
Поток газа или среды со значительным содержанием газа поступает по трубопроводу на вход вихревого регулятора давления и, проходя через спиралевидный элемент, приобретает значительную скорость кручения, которая растет от оси к периферийной области потока. Снижение статического давления за счет ускорения еще более усиливает эффект закрутки потока. Общим эффектом является выходной поток со скоростью кручения на периферии, в несколько раз превышающей среднюю осевую скорость по сечению потока. Данный характер кручения потока сохраняется на всем начальном участке, длиной 3-5 Dy, непосредственно примыкающем к выходному витку спиралевидного элемента (В.К. Щукин, А.А. Халатов, «Теплообменом, массообмен и гидродинамика закрученных потоков в осесимметричных каналах, «Машиностроение», Москва, 1982, стр. 31-32). Далее кручение потока замедляется вследствие естественных причин вязкостного и турбулентного трения в потоке и по достижении длин порядка 100-200 Dy практически полностью вырождается в стандартный профиль осевого турбулентного течения.
Эффектом размещения в теле трубопровода широкопроходного регулятора давления является снижение давления, пропорциональное массовому расходу, происходящее в результате ускорения при прохождении спиралевидного элемента и последующего торможения. Также происходит снижение температуры среды, в соответствии с квази-изоэнтальпийным характером протекающих процессов. Отличие от схемы штуцирования заключается в том, что отсутствует явно выраженное сужение потока, и процессы понижения давления и температуры распределены вдоль тела трубопровода на длинах порядка 5-10 Dy, включая длину самого регулятора. Данная особенность значительно снижает риски блокирования трубопровода вследствие появления газогидратов в потоке среды.
Таким образом, широкопроходной регулятор давления на основе вихревого принципа движения потока по простоте конструктивной схемы сопоставим с устройствами на основе принципа штуцирования потока, но в то же время обладает существенными особенностями, позволяющими позиционировать его, как новый класс устройств управления потоком сред со значительным содержание газа.
Claims (2)
1. Вихревой регулятор давления, содержащий внутритрубный спиралевидный элемент, расположенный вдоль оси трубопровода и закрепленный определенным образом во вставленном в трубопровод сегменте, причем количество витков и шаг витка спиралевидного элемента зависит от целевой линейной характеристики изменения перепада давления в зависимости от массового расхода через сегмент трубопровода и определяется целевым проектным технологическим режимом, а величина его проходного сечения составляет не менее 40% площади сечения трубопровода.
2. Вихревой регулятор давления по п. 1, отличающийся тем, что спиралевидный элемент закреплен в сегменте трубопровода в зависимости от материального исполнения при помощи втулки, манжеты или путем самоякорения.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126338A RU2667057C1 (ru) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | Широкопроходной регулятор давления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017126338A RU2667057C1 (ru) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | Широкопроходной регулятор давления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2667057C1 true RU2667057C1 (ru) | 2018-09-13 |
Family
ID=63580375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017126338A RU2667057C1 (ru) | 2017-07-21 | 2017-07-21 | Широкопроходной регулятор давления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2667057C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4506423A (en) * | 1980-12-24 | 1985-03-26 | Hitachi, Ltd. | Method of producing a fluid pressure reducing device |
FR2860854A1 (fr) * | 2003-10-10 | 2005-04-15 | Manuli Auto France | Dispositif attenuateur de perturbations acoustiques et circuit de conditionnement incluant un tel dispositif |
EP2138750A1 (fr) * | 2008-06-25 | 2009-12-30 | Maflow S.P.A. | Dispositif atténuateur de perturbations acoustiques à implant souple et circuit de conditionnement incluant un tel dispositif |
RU2486573C1 (ru) * | 2011-11-07 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Вихревой регулятор давления |
EP2716953A2 (en) * | 2012-10-05 | 2014-04-09 | Roy E. Roth Company | Flow rate and pressure reduction assembly |
-
2017
- 2017-07-21 RU RU2017126338A patent/RU2667057C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4506423A (en) * | 1980-12-24 | 1985-03-26 | Hitachi, Ltd. | Method of producing a fluid pressure reducing device |
FR2860854A1 (fr) * | 2003-10-10 | 2005-04-15 | Manuli Auto France | Dispositif attenuateur de perturbations acoustiques et circuit de conditionnement incluant un tel dispositif |
EP2138750A1 (fr) * | 2008-06-25 | 2009-12-30 | Maflow S.P.A. | Dispositif atténuateur de perturbations acoustiques à implant souple et circuit de conditionnement incluant un tel dispositif |
RU2486573C1 (ru) * | 2011-11-07 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Вихревой регулятор давления |
EP2716953A2 (en) * | 2012-10-05 | 2014-04-09 | Roy E. Roth Company | Flow rate and pressure reduction assembly |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
АХМЕТОВ Ю.М., ЮНУСБАЕВ Д.И., ЗАНГИРОВ Э.И., СВИСТУНОВ А.В., ТЕНИЦКИЙ М.Ф. Экспериментальное исследование рабочих характеристик квазиизотермического регулятора давления газов для ГРП.// "НАУКА - ПРОИЗВОДСТВУ" Ежегодный научно-технический сборник. под общей редакцией В.Л.Юрьева. -Уфа: Электронное издательство "Вагант" (Уфа), 2013, страницы 221-227. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10100854B2 (en) | Heated fluid regulators | |
EP2803845B1 (en) | Heat exchange arrangement | |
Xue et al. | The effect of vortex angle on the efficiency of the Ranque–Hilsch vortex tube | |
EP2730766A1 (en) | Heat exchange arrangement for a gas turbine | |
Sadi et al. | Introduction of annular vortex tube and experimental comparison with Ranque–Hilsch vortex tube | |
Li et al. | Experimental study of the energy separation in a vortex tube | |
CN110939762B (zh) | 一种具有安全泄压功能的减压调节阀 | |
RU2667057C1 (ru) | Широкопроходной регулятор давления | |
US6082116A (en) | Vortex pilot gas heater | |
CN107191606A (zh) | 一种能够精确连续调节工质流动阻力的节流阀 | |
CN112413917B (zh) | 一种双层结构涡流管 | |
RU2713551C1 (ru) | Способ редуцирования давления природного газа | |
RU2617856C1 (ru) | Термостабилизирующий регулятор давления | |
Arjomandi et al. | An investigation of the effect of the hot end plugs on the efficiency of the Ranque–Hilsch vortex tube | |
US20080210895A1 (en) | Pressure Relieved Thermal Regulator for Air Conditioning Application | |
Rejin et al. | Experimental analysis on vortex tube refrigerator using different conical valve angles | |
RU2202744C2 (ru) | Вихревая труба | |
RU2232359C2 (ru) | Вихревая труба | |
RU153284U1 (ru) | Вихревой регулятор давления | |
CN109681675A (zh) | 一种温控阀阀芯及自动式温控阀 | |
JP7504379B2 (ja) | ボルテックスチューブ、熱分離装置 | |
RU2737214C1 (ru) | Термоакустический регулятор давления | |
RU2237918C1 (ru) | Регулятор давления газа с положительной обратной связью (варианты) | |
RU2170891C1 (ru) | Вихревая труба | |
Sharma et al. | A Review of Vortex Tube Device for Cooling Applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200722 |