Регуляторы давления газа

Регуляторы давления газа относятся к элементам регулирующей арматуры, используемой в составе газораспределительных систем. С их помощью выполняется редуцирование выходного давления и поддержка его величины в установленных пределах.

Устройство регуляторов

Газовый регулятор – технически сложный механизм, задачей которого является автоматический контроль величины входного газового напора и регулировка его выходной величины в заданных пределах, независимо от изменения расхода. Для этого в устройстве регулятора давления газа предусмотрены следующие составные узлы:

• импульс контроля текущих значений газового напора;
• задатчик для установки необходимой величины;
• исполнительная система с чувствительным элементом (мембраной), воспринимающим сигналы от датчика и задатчика; она сравнивает сигналы и формирует команду регулирующему механизму;
• регулирующий элемент (клапан), превращающий команду от исполнительной системы (шток) в движение подвижной части регулирующей системы.

Кроме перечисленных элементов в конструкции газовых регуляторов давления могут использоваться фильтры. Они обеспечивают дополнительную очистку газа от инородных примесей.

Работа регуляторов

Принцип действия регулятора давления газа заключается в изменении гидравлического сопротивления проходящему потоку в точке установки регулятора. Изменение сопротивления происходит за счет перемещения подвижного элемента (клапана) регулирующего механизма.

Рассмотрим, как работает регулятор давления газа на практике. На его вход подается газ под определенным давлением. Если его величина больше величины, установленной задатчиком, подается исполнительная команда на перемещение подвижного элемента регулирующего механизма. Вследствие этого гидравлическое сопротивление газовому потоку увеличивается, что приводит к снижению давления на выходе.

Когда выходное газовое давление ниже предустановленной величины, подвижный элемент регулирующего механизма перемещается в противоположную сторону, уменьшая гидравлическое сопротивление потоку. Последовательное перемещение элемента регулирующего механизма позволяет поддерживать величину, задаваемую задатчиком.

Классификация регуляторов

Газовые регуляторы различаются между собой конструкцией и рабочими характеристиками. Классифицируют устройства по нескольким признакам.

Величина регулируемого давления

В зависимости от диапазона настройки значений входного/выходного мембранного давления различают три типа регуляторов давления газа:

• «высокое на среднее»;
• «среднее на низкое»;
• «высокое на низкое».

Высоким давлением газа принято считать величину больше 0,3 МПа, среднее находится в пределах от 0,005 до 0,3 МПа, а низкое до 0, 005 МПа.

Конструкционное исполнение

По конструкции регуляторы давления газа делятся на несколько типов, исходя из числа ступеней, задействованных в редуцировании:

• простые одноступенчатые;
• двухступенчатые;
• комбинированного типа.

Ступенчатое регулирование позволяет более точно поддерживать величину выходного давления и снизить нагрузку на рабочие элементы регуляторов. Ступенчатые редукторы менее зависимы от скачков напора в системе и расхода газа.

В конструкции многих моделей газовых регуляторов предусмотрена возможность установки предохранительных клапанов. Они могут быть:

• сбросные;
• запорные;
• комбинированного действия.

Управление рабочим процессом (по принципу действия)

В зависимости от используемого задатчика различают два вида регуляторов давления газа – прямого, непрямого действия. В первом случае роль задатчика играет настроечный пружинный механизм. По принципу действия регуляторы такого типа отличаются быстрой реакцией на изменение объемов потребляемого газа. Учитывая их невысокую пропускную способность, устройства могут хорошо работать только в узком диапазоне значений выходного давления.

В устройствах непрямого воздействия роль задатчика играет управляющее давление рабочей среды. В качестве исполнительного механизма используется пилот. Их показатель пропускной способности намного выше пружинных устройств (может составлять несколько тысяч м3/час), а интервал регулировок шире. Если проводить сравнение с пружинными регуляторами газа, пилотные редуктора медленно реагируют на изменения расхода газа.

Схемы газовых регуляторов (Регулирующее воздействие)

Газовые регуляторы работают по определенному закону. В зависимости от используемого алгоритма различают три типа устройств:

• астатические – регулирование происходит по интегральному закону;
• статические – по пропорциональному закону регулирования;
• изодромные – по пропорционально-интегральному закону.

Астатические редукторы

На схеме регулятора давления газа: 1 – механизм регулирования, 2 – чувствительный элемент (мембрана) с грузом, 3 – импульсная трубка, 4 – газовая система, Р1 и Р2 – входящее и выходное давление.

Эти устройства относятся к самовыравнивающимся регуляторам, в которых стабилизация давления происходит за счет перемещения мембраны, на которую воздействует постоянный груз. Когда увеличивается потребление газа, изменяется противовесное усилие, создаваемое на мембрану с грузом давлением Р2. Астатические редукторы чаще всего устанавливаются в газовых сетях с низким рабочим напором и большими объемами потребления газа.

Статические редукторы

Статические газовые редукторы: 1 – регулирующий узел, 2 – чувствительный элемент (мембрана+пружина), 3 – импульс, 4 – газопровод, Р1 и Р2 – давление до редуктора и после него.

В таких устройствах применена жесткая обратная связь, которая позволяет снизить влияние трения на процесс регулировки. В качестве стабилизирующего элемента вместо груза установлена регулируемая пружина, воздействующая на чувствительную мембрану.

Изодромные редукторы

Редукторы изодромного типа: 1 – узел регулирования, 2 – мембрана с гибкой обратной связью, 3 – трубка, 4 – газопровод, Р1 и Р2 – входное и выходное давление.

В изодромных регуляторах применяют упругую обратную связь. Назначением регулятора газа этого типа является плавная регулировка давления на выходе. Изначально регулирующий элемент перемещается на величину, прямопропорциональную отклонению Р2 от предустановленного значения. Если после этого давление не будет соответствовать установленной величине, регулирующий элемент снова смещается, пока оно не будет соответствовать установленным показателям.