Sedak

Рис. 2.20 – Манжетная мембрана

При этих значениях перемещения жесткого центра эффективная площадь мембраны стремится к бесконечности; она может быть величиной положительной, отрицательной и равной нулю. Эффективная площадь положительная, если направление усилия на жестком центре совпадает с направлением перепада давления, и отрицательной, если эти направления противоположны друг другу. Перемещение, при котором эффективная площадь становится равной нулю, определяет величину хода мембраны при отсутствии сопротивления на штоке мембранного механизма.

На рис. 2.21 показана зависимость активной площади плоской мембраны от перемещения ее жесткого центра относительно нейтрального положения при постоянном перепаде давления на мембране. Эта кривая является по существу упругой характеристикой эластичной мембраны.

Рис. 2.21 – Зависимость эффективной площади мембраны от перемещения ее жесткого центра при Д = 50 мм, d = 35 мм; 1 – l = 10 мм; 2 – l = 8,5 мм; 3 – l = 15 мм

91

Для определения допустимого перемещения плоских мембран рекомендуется формула

xмакс ≈ ±D(0,08 −ε / 20),приε ≤ 0,9.

Если по условиям работы требуются большие перемещения жесткого центра, то рекомендуется применять гофрированные мембраны.

Когда величина эффективной площади не играет особой роли, а перемещения жесткого центра малы, то конструктивные размеры мембраны выбирают минимальными, но при этом диаметр наружного защемления должен быть не менее

Dмин ≥ (50 ÷75)δ.

Толщина полотна ограничивается сортаментом серийно выпускаемых материалов. В табл. 2.5 приведены основные характеристики мембранных тканей, выпускаемых отечественной промышленностью.

Из полимерных материалов для изготовления мембран наиболее приемлемой является полиэтилен-тенфталатная пленка, она отличается высокой химической стойкостью к смазкам, маслам, щелочам.

Таблица 2.5 - Характеристики мембранных тканей

Толщина мембранного полотна должна быть минимальной. Опасным сечением мембранного полотна является окружность защемления его в жестком центре. При определении минимальной толщины мембранного полотна рекомендуется пользоваться соотношением

93

где δ — допускаемое напряжение в материале мембранного полотна, которое можно выразить через предел прочности материала на разрыв δвр:

δ =δвр / k,

где k — коэффициент запаса прочности.

При плавном режиме изменения перепада давления коэффициент запаса прочности может быть принят k≥4 ÷5, а при динамическом режиме нагружения знакопеременным перепадом давления запас прочности следует выбирать в пределах k≥8 ÷10. Предел прочности δвр для ряда тканей приведен в табл. 4.

2.5.2. Исполнительный механизм

Одной из важнейших частей в регуляторе давления газа является исполнительный механизм или затвор дросселирующего органа; от его работы во многом зависит надежность и качество регулирования давления газа.

Внастоящее время известно значительное число различных затворов дросселирующих органов — односедельные, двухседельные, шланговые, диафрагмовые, заслоночные, крановые и др. (рис. 2.22 - 2.24).

Врегуляторах давления газа, применяемых в городских и поселковых системах газоснабжения, получили распространение в основном односедельные затворы с эластичным уплотнением, которые легко обеспечивают герметичность уплотнения, когда необходимо действительно плотное закрытие при нулевом расходе газа (см. рис. 2.22). В качестве эластичных уплотнителей обычно применяют резину. При работе регулятора давления в широком диапазоне температур используют фторопласт 3, фторопласт 4, а также полипропилен, полиэтилен, полиамиды, но они могут быть применены и для работы в диапазоне нормальных температур. При закрытии затвора в большинстве случаев должна быть исключена возможность пропуска газа из входного патрубка с высоким давлением в трубопровод с более низким давлением.

94

Рис.2.22 – Схема односедельного затворного соединения

Рис. 2.23– Схемы затворов регуляторов давления:

а – односедельный пробковый; б – двухседельный пробковый; в, г – односедельный тарельчатый; д – цилиндрический двухседельный с V – образными окнами; е – прямоточные с цилиндрическими затворами

Рис. 2.24 – Характеристики регулирующих органов:

1 – линейная; 2 – заслоночного органа с углом поворота 60°; 3 – равнопроцентная.

95

Для определения усилия, необходимого для создания герметичного уплотнения односедельного затвора, рекомендуется формула

где Dcp — диаметр средней окружности контакта запирающих поверхностей, см; b — ширина запирающей поверхности, см;

С и R — постоянные коэффициенты, которые зависят от материалов запирающей пары; можно определить из табл. 2.6;

Р1-P2 — разность давлений до и после затвора, кгс/см2.

Для случая подачи входного давления «под затвор» действует сила, равная произведению площади седла и разности давлений до и после затвора. Эта сила не связана с работой движения потока затвора и должна быть скомпенсирована или уменьшена. Обычно она компенсируется разгрузочной мембраной, активная площадь которой равна площади седла.

Таблица 2.6

Иногда для компенсации этой силы используется усилие, развиваемое пружиной, а в некоторых случаях эту силу уменьшают с помощью рычажной передачи.

2.5.3. Задатчики

Одним из основных узлов регулятора давления является задатчик - устройство, обеспечивающее соответствие заданному значению регулируемого давления. Задатчик может иметь различную конструкцию: грузовой с заданием усилия с помощью грузов; пружинный с заданием усилия с помощью пружин; пневматический с заданием силовой нагрузки воздухом или газовой средой.

В регуляторах давления газа, применяемых в системах газоснабжения, используются только два способа: пружинный способ задания усилия — для

96

регуляторов прямого действия и пневматический способ задания усилия — для регуляторов непрямого действия.

Применение пружины определяет неравномерность регулирования регулятора, так как усилие пружины во время работы регулятора не остается постоянным и связано с величиной хода клапана. С возрастанием хода клапана, а следовательно, и сжатия пружины, величина нагрузки на мембрану меняется, что определяет неравномерность регулирования.

Положительной особенностью грузового нагрузочного устройства является постоянство величины уравновешивающего усилия, независимо от хода клапана, однако ему свойственен недостаток — появление инерционных сил, что может явиться причиной неустойчивости процесса регулирования. Пружина лишена этого недостатка, и ее применение в дополнение к грузам ликвидирует действие инерционных сил.

Для снижения неравномерности регулирования, которая обусловлена жесткостью пружины, и для создания постоянного результирующего усилия, определяющего давление газа на выходе, давление в подмембранной камере устанавливают пропорционально величине хода клапана. Для этого подмембранную камеру соединяют с выходом импульсной трубкой и используют действие эжекции потока, которое возникает при несколько повышенных скоростях газового потока. Эта величина составляет

и вызывает понижение давления в подмембранной полости. При высоких скоростях газового потока может установиться очень высокая величина отсоса, поэтому выбор диаметра импульсной трубки рекомендуется производить осторожно.

Простейшей конструкцией пневматического способа задания силовой нагрузки является подача и поддержание постоянного давления в надмембранной камере регулятора давления. В практике нашел применение способ, когда в надмембранной камере давление автоматически поддерживается регулятором управления (пилотом) и может меняться, обеспечивая функциональные зависимости отклонения выходного давления от заданного. Например, наиболее просто реализуется интегральная функция, обеспечивающая перемещение регулирующего клапана до получения точного соответствия выходного давления заданному значению.

97

В качестве регуляторов управления применяют редукторы и управляющие регуляторы (пилоты). Редуктор — это регулятор давления, предназначенный для снижения и автоматического поддержания выходного давления газа при небольшом постоянном расходе.

Управляющие регуляторы (пилоты) по устройству аналогичны редукторам давления. Различие между ними заключается в том, что в редукторах давление из выходной линии подается на рабочую мембрану и сравнивается с усилием рабочей пружины, в то время как в пилотах на мембрану поступает выходное давление исполнительного устройства, а давление в выходной линии пилота, подаваемое на мембрану исполнительного устройства, может существенно отличаться от давления под рабочей камерой. Это позволяет создавать в управляющей камере исполнительного устройства давление, превышающее выходное, что дает возможность снизить эффективную площадь рабочей мембраны исполнительного устройства, надежно закрывать дроссельный орган при отсутствии расхода и поддерживать выходное давление с большей точностью.

Введение регулятора управления в регулятор давления усложняет конструкцию регулятора давления в целом, однако увеличение установочного усилия на дросселирующем органе значительно повышает надежность работы исполнительного устройства.

Работа регуляторов управления, как и любых других, значительно зависит от давления перед регулятором. При высоком входном давлении и одном и том же зазоре в клапане регулятора в выходную линию будет поступать существенно большее количество газа, чем при низком давлении. При высоких входных давлениях более вероятно возникновение колебательного режима работы, при котором точность поддержания выходного давления уменьшается, а уплотнительные поверхности клапанов быстро выходят из строя. Поэтому при больших входных давлениях применяются регуляторы управления со вспомогательными стабилизаторами давления газа.

98

РАЗДЕЛ 3. ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫЕ ПУНКТЫ

3.1. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО, КЛАССИФИКАЦИЯ

Газорегуляторным пунктом (ГРП) называется комплекс технологического оборудования и устройств, предназначенный для понижения входного давления до заданного уровня и поддержания его на выходе постоянным. В зависимости от размещения оборудования газорегуляторные пункты подразделяются на несколько типов:

-газорегуляторный пункт шкафной (ГРПШ) – оборудование размещается в шкафу из несгораемых материалов, рис.3.1;

-газорегуляторная установка (ГРУ) – оборудование смонтировано на раме и размещается в помещении, в котором расположена газоиспользующая установка, или в помещении, соединённом с ним открытым проёмом,

рис.3.2;

-пункт газорегуляторный блочный (ГРП) – оборудование смонтировано в одном или нескольких зданиях контейнерного типа, рис.3.3;

-стационарный газорегуляторный пункт(ГРП) – оборудование размещается в специально для этого предназначенных зданиях, помещениях или на открытых площадках, рис.3.4. Принципиальное отличие ГРП от ГРПШ, ГРУ и ГРПБ состоит в том, что ГРП (в отличие от последних) не является типовым изделием полной заводской готовности.

Рассмотрим классическое устройство ГРП с байпасной линией. Байпасная линия 6 служит для ручного регулирования давления газа на период ремонта (замены) оборудования на основной линии и состоит из трубопровода с двумя отключающими устройствами 5,9 (задвижками), оборудованного манометром 7 для измерения давления. Основная линия состоит из следующего последовательно соединённого трубопроводами оборудования: входного отключающего устройства 22, фильтра газового 21, очищающего газ от механических примесей и оборудованного манометрами 13 для измерения перепада давления (по показаниям манометров 13 судят о степени загрязнённости фильтра 21; предохранительного запорного клапана 20, перекрывающего трубопровод в случае выхода из заданных пределов давления после регулятора 19 (контролируемого через импульсную трубку 12);

99

регулятора давления газа 19, понижающего давление до требуемого; выходного отключающего устройства 10; предохранительного сбросного клапана 14, стравливающего газ в атмосферу в случае кратковременного повышения давления сверх установленного. Для настройки ПСК 14 перед ним должно устанавливаться запорное устройство, которое на рисунке не показано.

а)

б)

Рис.3.1. Газорегуляторные пункты шкафные а- надомные для бытового потребления; б- для промышленного потребления

100