Регуляторы давления газа – назначение, устройство, классификация

Регулятор давления газа

Регулятор давления газа

При помощи регуляторов давления осуществляют управление гидравлическим режимом работы системы газораспределения. Эти устройства в автоматическом режиме осуществляют поддержку постоянного уровня давления в точке импульса, независимо от того, насколько интенсивным является потребление газа. Во время процесса регулирования начальное давление, являющееся более высоким, давление снижается до более низкого – конечного. Этого удается достичь путем автоматического изменения степени открытия дросселирующего органа регулятора. Как следствие – автоматически изменяется гидравлическое сопротивление, которое оказывается проходящему потоку газа.

В зависимости от того, какое давление поддерживает регулятор (расположение на газопроводе точки, что подлежит контролю), регуляторы давления подразделяют на два типа – регуляторы «до себя» и регуляторы «после себя». В газораспределительных пунктах (ГРП) используется только один тип регуляторов – «после себя».

Устройство регуляторов давления

В состав автоматического регулятора давления газа входят регулирующий орган и исполнительный механизм. Главной частью исполнительного механизма является чувствительный элемент, в задачу которого входит сравнение сигналов, получаемых от задатчика, а также текущего значения давления, которое регулируется. Исполнительный механизм осуществляет преобразование командного сигнала в регулирующее воздействие, и соответственно перемещает подвижную часть рабочего органа за счет энергии, получаемой от рабочей среды (это может быть как энергия газа, который проходит через регулятор, так и энергия среды, получаемая от источника, расположенного извне – гидравлическая, сжатого воздуха, электрическая).

Если перестановочное усилие, которое развивается чувствительным элементом регулятора, является достаточно большим, то в этом случае он самостоятельно осуществляет функции управления регулирующим органом. Регуляторы данного типа носят название регуляторов прямого действия. Для того чтобы увеличить перестановочное усилие и достичь  необходимой точности регулирования, между регулирующим органом и чувствительным элемент может быть произведена установка усилителя – командного прибора, который часто называют «пилотом». Измеритель осуществляет управление усилителем, в котором создается усиление за счет постороннего воздействия (энергии рабочей среды), которое передается на регулирующий орган.

Ввиду того, что в регулирующих органах регуляторов давления осуществляется дросселирование газа, их еще называют дросселирующими.

Так как предназначением регулятора давления газа является поддержание в заданной точке газовой сети постоянного уровня давления, то систему автоматического регулирования в целом всегда следует рассматривать как «регулятор и объект, что подлежит регулированию (газовая сеть)». Принцип, по которому работают регуляторы давления газа, основывается на регулировании по отклонению регулируемого давления. Разница между фактическим и требуемым значениями давления, что регулируется, называется рассогласованием. Рассогласование может возникать вследствие возбуждений различного характера – либо вследствие изменения входного (до регулятора) давления газа, либо же в газовой сети вследствие разницы между отбором газа и его притоком в сеть.

Правильный подбор регулятора давления газа должен обеспечить системе «регулятор — газовая сеть» устойчивость, то есть – ее способность после возмущения возвращаться к первоначальному состоянию.

Типы регуляторов давления

Если исходить из закона регулирования, который лежит в основе работы, регуляторы давления бывают изодромные, статические и астатические.

В астатических регуляторах (рисунок 1, а) на мембрану (чувствительный элемент) оказывает воздействие постоянная сила от груза 2. Противодействующая (активная)сила является усилением, воспринимаемым мембраной от выходного давления Р2. Если из сети 4 увеличится отбор газа, давления Р2 уменьшится, что приведет к нарушению баланса сил, вследствие чего мембрана пойдет вниз и откроется регулирующий орган.

Регуляторы этого типа после возмущения осуществляют приведение регулируемого давления к значению, которое задано, независимо от того, какой величины нагрузка, а также положения, занимаемого регулирующим органом. Равновесие системы может наступить только при заданном значении давления, что регулируется, причем регулирующий орган может занимать любое положение. Регуляторы данного типа следует эксплуатировать на сетях с большим самовыравниванием, к примеру, в газовых сетях низкого давления, обладающих достаточно большой емкостью.

Рисунок 1

Рисунок 1

Рисунок 1. Схемы регуляторов давления:

а — астатический регулятор; б — статический регулятор давления; 1 — регулирующий (дроссельный) орган; 2 — мембранно-грузовой привод; 3 — импульсная трубка; 4 — объект регулирования — газовая сеть; 5 — мембранно-пружинный привод.

Трение в сочленениях и люфты могут привести к тому, что регулирование станет неустойчивым. Для того чтобы стабилизировать данный процесс, в регулятор давления вводят жесткую обратную связь. Регуляторы такого типа называются статическими. Во время процесса статического регулирования равновесное значение давления, что регулируется, всегда отличается от заданной величины, и только при номинальной нагрузке фактическое и номинальное значения становятся равными. Статические регуляторы давления газа характеризуются неравномерностью.

В регуляторе на рисунке 1, б вместо груза используется пружина – стабилизирующее устройство. Усилие, которое развивается пружиной, является прямо пропорциональным ее деформации. Когда мембрана находится в верхнем крайнем положении, то есть, регулирующий орган закрыт, пружина приобретает самую большую степень сжатия, и Р2 является максимальным. Когда регулирующий орган полностью открыт, значение Р2 становится минимальным. Статическую характеристику регуляторов выбирают пологой, с тем ,чтобы неравномерность регулятора давления газа была небольшой, а процесс регулирования при этом становится затухающим.

Регулятор с упругой обратной связью, или изодромный регулятор в случае отклонения регулируемого давления Р2 сначала переместит на величину, пропорциональную величине отклонения, регулирующий орган. Однако, если при этом давление Р2 не нормализуется до заданного значения, то перемещение регулирующего органа будет осуществляться до тех пор, пока давление Р2 не достигнет необходимого заданного значения.

Термины, которые используются для характеристики работы регуляторов давления газа

  • Относительная протечка. Относительной протечкой называют отношение максимального значения протечки воды через затвор регулирующего органа при условной пропускной способности Кv и перепаде давления на 0,1 Мегапаскаля.
  • Условная пропускная способность Кv. Так называют величину, которая является равной расходу воды плотностью 1 г/см³ (1000 кг/м³) в кубических метрах в час через регулятор при полном (номинальном) ходе клапана, и перепаде давления 0,1 МПа (1 кг/см²).
  • Зона пропорциональности. Зоной пропорциональности называют изменение давления, что регулируется, необходимое для того ,чтобы переместить клапан (регулирующий орган) на значение его полного (номинального) хода.
  • Зона нечувствительности. Зоной нечувствительности называют разность регулируемого давления, необходимую для того, чтобы изменять направление движения регулирующего органа.
  • Зона регулирования. Зоной регулирования называютразницу между регулируемыми давлениями при десяти и девяноста процентах от максимального расхода.
  • Верхний предел настройки давления. Так называют максимальное выходное давление, на которое может быть произведена настройка регулятора.
  • Диапазон настройки. Диапазоном настройки называют разность между нижним и верхним пределами давления, между которыми можно осуществить настройку регулятора давления.
  • Ход клапана. Ходом клапан называют расстояние, на которое осуществляется перемещение клапана от седла.
  • Динамическая ошибка. Динамической ошибкой называют максимальное отклонение давления в переходный период от одного режима к другому.
  • Статическая ошибка. Статической ошибкой называют отклонение давления, что регулируется, от заданного при установившемся режиме. Также статическую ошибку называют неравномерностью регулирования.

Требования, предъявляемые к конструкции регуляторов давления

Конструкции регуляторов давления газа должны соответствовать ряду следующих требований:

  • Постоянная времени не должна превышать 60 секунд. Постоянной времени называют время переходного процесса регулирования в случае резких изменений входного давления или расхода газа.
  • Зона нечувствительности не должна превышать 2,5 процентов верхнего предела настройки давления.
  • Зона пропорциональности должна быть не более 20 процентов верхнего предела настройки выходного давления для регуляторов баллонных установок и комбинированных регуляторов, а также не более 10 процентов для всех остальных типов регуляторов.

Основными элементами дросселирующих (регулирующих) органов являются затворы. Затворы могут быть заслоночные, крановые, шланговые, диафрагменные, двухседельные и односедельные.

В городских системах газоснабжения в большинстве своем используются регуляторы с двухседельными и односедельными затворами, в более редких случаях могут эксплуатироваться регуляторы с шланговыми и заслоночными затворами (рисунок 2).

Рисунок 2

Рисунок 2

Рисунок 2. Конструктивные схемы дросселирующих органов регуляторов давления газа:

а — с односедельным затвором; б — с двухседельным; в — с заслоночным; г — со шланговым.

Двухседельные и односедельные затворы могут быть исполнены как металл по металлу (с жестким уплотнением), так и с эластичным уплотнением (прокладки из фторопласта, кожи, маслобензостойкой резины и тому подобное). Затворы такого типа состоят из клапана и седла. К достоинствам односедельных затворов можно отнести то, что они легко обеспечивают отличную герметичность уплотнения. Однако клапаны односедельных затворов являются неразгруженными, так как на них оказывает воздействие разность выходного и входного давлений.

В регуляторах давления газа широкое применение нашли плоские тарельчатые клапаны с эластичным уплотнением. Определение полного хода плоского клапана, при котором будет осуществляться процесс регулирования, определяется из равенства боковой поверхности цилиндра с диаметром седла dс, высотой подъема клапана h и площади седла клапана:

(πdс²)/4=πdсh, h=0.25dс

Пример: у регулятора, имеющего диаметр седла 4 миллиметра, полный ход клапана составляет 1 миллиметр. Практически высоту подъема плоского тарельчатого клапана принимают (0,3+0,4)dс. На пропускной способности дальнейший подъем клапана не сказывается. В случае изменения формы затвора ход клапана может быть увеличен.

Двухседельные затворы при аналогичных условиях имеют намного большую пропускную способность благодаря большей суммарной площади проходного сечения седел. Клапаны данного вида являются разгруженными, однако в случае отсутствия расхода газа они не в состоянии обеспечить герметичность. Это объясняется трудностью посадки затвора по двум плоскостям одновременно. Двухседельные регулирующие органы чаще всего эксплуатируются в регуляторах с посторонним энергетическим источником.

Шланговый регулирующий орган (рисунок 2,  г) имеет эластичный шланг 2 и стакан 3, расположенный в корпусе 4. В стакане 3 есть два ряда продольных прорезей 5 и 6 для прохода газа и поперечная перегородка 1.

эластичный шланг 2 и перегородка 1  разделяют полость регулятора давления на три камеры: А — входного, В — выходного и Б — управляющего давления.

Если входное давление отсутствует, шланг герметично отделяет камеру А от камеры В под воздействием предварительного натяжения, с которым шланг надет на стакан. Когда осуществляется подача Р1, шланг отжимается от стакана. При подаче в камеру Б управляющего давления зазор между стаканом и шлангом изменяется, и происходит регулирование. Затвор такого же типа имеет регулятор давления газа РДО-1.

Плоская мембрана является плоской круглой пластиной, исполненной из эластичного материала. Мембрана зажимается между фланцев нижней и верхней мембранных крышек. Центральная часть мембраны как с одной, так и с другой стороны является зажатой между двух обжимных металлических круглых дисков. Жесткие диски уменьшают неравномерность регулирования, и увеличивают перестановочную силу.

Развиваемое мембраной перестановочное усилие зависит от того, какую величину имеет так называемая эффективная площадь мембраны. В зависимости от прогиба мембраны она изменяется. Перестановочное усилие можно определить, воспользовавшись следующей формулой:

N = cFP,

где c — коэффициент активности мембраны; F — площадь мембраны (в проекции на плоскость ее заделки); P — избыточное давление рабочей среды; cF — активная площадь мембраны.

На рисунке 3 приведена зависимость коэффициента активности мембраны  с от величины ее относительного прогиба Δh.

Рисунок 3

Рисунок 3

В виду того ,что при разном прогибе мембраны изменяются значения коэффициента активности, изменяется также и перестановочное усилие мембраны, вследствие чего создается неравномерность регулирования. По этой причине для плоской мембраны с парой обжимных дисков из металла (диаметр дисков составляет 0,8 диаметра мембраны) оптимальным является участок на кривой при изменении Δh от 0 до 1/2,  соответственно, коэффициент активности c изменяется в пределах от 1 до 2/3 (~ от 100 до 67 %).

Диаметр обжимных дисков обычно выбирается не более, чем 0,8 диаметра мембраны. Это делается для того, чтобы обеспечить мембранному приводу необходимую подвижность.

Если статья оказалась полезной, в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже - это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!

Оставить комментарий

  

  

Ваше мнение для нас важно!

Не ругаемся, не спамим, не пустословим, стараемся писать грамотно. Не кричим (сообщения заглавными буквами). Проявляем уважение к другим участникам обсуждения, соблюдаем правила. Спасибо!

Я не робот (обязательно)

Copyright © 2009-2014 mingas.ru – Мир природного газа | на сайте Все права защищены

RATING ALL.BY Рейтинг@Mail.ru