CC BY
211
УДК 621.6
СВ^Ш, А. А. СОЛОВЬЕВ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ ДРОССЕЛИРОВАНИИ В ВИХРЕВОМ РЕГУЛЯТОРЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
Рассматривается возможность получения изотермического процесса при дросселировании газа в устройстве - вихревом регуляторе давления газа, - принцип работы которого основан на вихревом эффекте. Приведены характеристики разработанного регулятора и результаты, полученные при экспериментах на сжатом воздухе. Вихревая труба; вихревой эффект; дросселирование газа; эффект Джоуля-Томсона, регулятор давления газа
ВВЕДЕНИЕ
В России, в силу ее географических особенностей и сложившихся технологий, превалирует газопроводный транспорт природного газа Транспорти-
-
,-
-
точным давлением 4,0^7,5 МПа, что вызывает необходимость установки дополнительных сооружений
-
ня: газораспределительные станции (ГРС) и газорегуляторные пункты (ГРП).
Обычно снижение давления (редуцирование) газа производится путем его дросселирования через
,-
-
-
.-
(-
цесс протекает при постоянной энтальпии/=сош1:), и на преодоление сил межмолекулярного притяжения
,-
рая пойдет на увеличение потенциальной энергии
.-крывается за счет снижения кинетической энергии
,
.
-
альным температурным эффектом дросселирования (положительный эффект Джоуля - Томсона). Для природного газа его величина составляет 5,5 градМПа, что при редуцировании давления при-
-
пературы на 20 - 25°С. При этом создаются благо-
-
.-
,
.-
,
,-
-
-
ных линиях обвязки регуляторов [1,2].
-
-
:
1. , -
-
руемого газа (0,08^0,2 %) и передачи получае-
-
-
тов сгорания в атмосферу. При этом, кроме не-
-
,
технологической цепочки на ГРС установкой
--
,-
.
2. : метанола, этиленгликоля, диэтиленгликоля, три,
,-
ной соли, хлористого лития или аммиака Наиболее распространен способ ввода метанола в .
,-
.
,
, , ,
-
.-
.
Возможным решением проблемы выпадения ,-
-
ционных затрат по сравнению с существующими ,-
.
Принцип работы регулятора основан на вихревом
,
источника энергии и предварительного подогрева
.
1. ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО ОБРАЗЦА ВИХРЕВОГО РЕГУЛЯТОРА ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
Внешне простой вихревой эффект на самом деле
-
,-
ном потоке вязкого сжимаемого газа Вихревой эффект возникает в турбулентном потоке вязкого сжимаемого газа, имеющем градиент статического дав-
-
ния. Градиент статического давления может быть обусловлен гравитационным, инерционным, элек-
.
-
, , -
-
ченного потока газа [3]. Вихревые течения газов (жидкостей) могут существенно менять картину
,
аппаратов позволяет создавать системы и установки
.
-
лью их использования была утилизация перепадов
-
.,
когда без включения в систему вихревого аппарата
-
.
,
.-
-
,
,-
-
.
,-
бой газодинамическое устройство с тангенциальным .-,-
,
заметно охлаждаются и вытекают через отверстие
,-
,
.-
ского разделения газов в вихревой трубе оценивают по зависимости величин избыточных температур газа АТХ и ДРГ от доли охлажденного потока д. При этом
Д Тх=т*-тх, Д тг=тг-т*, д= М*,
м *
Г* ГТ1 ГТ1
,ТХ,ТГ - температура торможения на входе в вихревую трубу и на выходе из нее охлажденного и горячего потоков соответственно; М * и Мх -массовые расходы исходного и охлажденного потоков газа соответственно.
При решении проблемы снижения температуры ,-
-
.-
риментальеые исследования проводились на воздухе
-
ления газа, представленном нарис.1.
В основе представленного регулятора [4] лежит вихревая труба длиной Ь = 6В (В - внутренний
диаметр трубы), внутри которой установлена специально разработанная крестовина обратного то ка, исследования которой приведены в работах [5, 6, 7]. Вихревой регулятор работает в режиме д=1 и в нем
предусмотрен предварительный подогрев входного
.-
чивающее устройство вихревой трубы представляет
.-
-
,-
лирующих клиньев, на режимах 2; 5; 7,5 оборотов винта (1 оборот винта - 10 % площади проходного сечения). Максимальное открытие - 10 оборотов,
что соответствует размеру прямоугольных сопел 20х10 мм . Сомовой ввод регулировался посредством изменения высоты сопла от 0 до 10 мм при фик-20 .
Рис. 1. Экспериментальный образец
вихревого регулятора давления газа
Изменение положения регулирующих клиньев при различных оборотах регулировочного винта представлено на рис. 2.
В проведенном цикле экспериментов входное давление воздуха составляло 0,6; 1,2; 2,4 МПа, а степень расширения потока в вихревой трубе Пи = рвх, ата/рВЫх, ата =1,5^12.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
-
-
кетов МБ Ехсе1 и Ма1Ьсаё и представлены в виде графиков на рис. 3-5. Для отображения полученных
-
.-
ДТ = Твых - Твх от степени расширения в ВТ Пи = Рвх ,ата/Рвых ,ата; вторая - зависимость по-
догрева газа АТ = Твых - Твх от величины расшире-
♦ 2 об. откр. сопла
ИИЯ Ар = рвх рвых
М=1 5 вьК 0 X] С ш со 0 ппг б. а ЭТИ ,р.
4 5
4 - 3 5 -А
3 *
9,5 -
2
1,5 -к- 4
1 - А *
0,5
0 -
0 5
-1 -
-1,5 -
-2 1 5 1 2 5 3 5 і 4 5 £ 5 5 е
Пи
1 2 3 4 5 6 7
б
а
Рис. 2. Изменение положения регулирующих клиньев при различных оборотах регулировочного винта
10
ДТ6 ,°с
ат72.пс 5
ДТ24.ПС 0 ДТз^С
^4В.ас '5
415
”2° 0 2 4 6 В 10 12 14 16
ТЕ
Рис. 3. Массив экспериментальных данных в температурном интервале при разном входном давлении в зависимости от степени расширения
♦ 2 об. откр. сопла Л?=?вы1-*в;?°с і 7,5 об. откр. сопла
\
V-
-V і-
'г і ■ >
-V
-V \
X
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10
в
Рис. 4. Зависимость подогрева газа от степени расширения в вихревом регуляторе при различном открытие соплового ввода вихревой трубы при а - Рвх=0,6МПа, б - Рвх=1,2 МПа, е - Рвх=2,4 МПа
4,
1 1' К* ; * *
г\ и * : г$ ? * *■ "III
- * *
** ..... і і ! ! Ї
&Ї ,°с
2 об. откр. сопла 7,5 об. откр. сопла 5 об. откр. сома —Дж-Томсон
5 6 7 8 9 10 11 АР, ат
вующая температуре, наблюдаемой при эффекте Джоуля-Томсона.
Таким образом следует вывод, что с помощью
,
которых эффект Джоуля-Томсона изменяет свою величину в рассматриваемом диапазоне значений ,
.стоящее время разрабатывается более совершенная
,
-
Аудирования давления газа на любых режимах его .
4
3
0
2
3
а
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 АР, ат
б
Рис. 5. Зависимость подогрева газа от величины расширения в вихревом регуляторе при различном открытие соплового ввода вихревой трубы при а -Рвх =1,2 МПа, б-Рвх=2,4 МПа
ВЫВОДЫ
,
-
-
-
.-
пытаниях в интервале давления на входе в регулятор до 1,2^1,5 МПа наблюдается квазиизотермический
-
.-
,
Пи лежит в интервале Пи=2,5^3,5. Дальнейшее увеличение степени расширения приводит к снижению относительного эффекта подогрева газа и при ШМ0
,-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ионин, А.А. Гдооснабжение: учебник для вузов / А.А. Ионин. М. : Стройиздат, 1975. 439 с.
2. Чайцын, Г. А. Эксплуатация газораспределительных
станций магистральных газопроводов / Г.А.Чайцын . М. : Недра, 1971. 165 с.
3. Меркулов, А. П. Вихревой эффект и его применение в технике / А. П. Меркулов. Самара : Оптима, 1997. 292 .
4. Патент на изобретение РФ №2237918. Регулятор давления газа с положительной обратной связью (варианты) / Институт технологии и организации производства. Дата приоритета:19.05.2003.
5. Руеак, А. М. Редуцирование давления природного
/..
Русак, В.А. Целищев, В.Л. Юрьев, П.М. Кар-
мацкий, Ю.М. Ахметов, С.В. Гурин, А.А. Соловьев, Р.Ю. Дистанов // Сборник научных трудов IV Между-
,
на транспорте. М.: ИМАШ РАН, 2004. С. 133-144.
6. Русак, А. М. Разработка изотермического регулятора давления для редуцирования магистрального газа без подогрева на ГРС / А.М. Русак, В.Л. Юрьев, Ю.М. Ахметов, А.Ф. Набиуллин, В.А. Ломоносов, Р.Р. Усманов, Р.Ю. Дистанов //Наука - производству. 45 лет
:-технический сборник / под общ. ред. В. Л. Юрьева. Уфа, 2003.
7. Русак, А. М. Использование особенностей вихревых
-
/ . .
Русак, В.Л. Юрьев, Ю.М. Ахметов, В.А. Целищев, П.М. Кармацкий, С.В. Гурин //Проблемы машинове-
-
:.
Уфа: Гилем, 2005. С. 37-49.
