3.7. Особенности проектирования регуляторов давления

При постоянном давлении на входе в регулятор р₁ и поддержании неизменного давления на выходе регулятора р₂ перепад давления на регуляторе будет постоянной величиной:

р₁-р₂= соnst.

На примере регулятора низкого давления определим условия, необходимые для поддержания постоянного перепада (р₁-р₂) при переменном расходе газа , поступающего в газопровод (Q). Запишем выражение для перепада давления на регуляторе как для перепада на местном сопротивлении, принимая газ низкого давления несжимаемым (ρ== соnst):

р₁-р₂= , ( 3.1)

где ξ, ƒ -коэффициент местного сопротивления и площадь проходного сечения дросселирующего клапана регулятора.

Из формулы (3.1) получим:

, (3.2)

где ψ- комплексный коэффициент сопротивления клапана.

Соотношение (3.2) показывает, что для поддержания постоянного перепада давления на регуляторе и постоянного давления р₂ при изменении расхода должен изменятся соответствующим образом комплексный коэффициент сопротивления. Изменение ψ достигается в основном изменением площади проходного сечения клапана ƒ за счет определений профилирования дросселирующих участков клапана ( рис 3.10 ).

Рис. 3.10 Схема дроссельных клапанов: а-односедельный мягкий клапан; б – клапан с дроссельной поверхностью окнообразной формы; в – двухседельный пробкообразный клапан; г- двухседельный тарельчатый клапан.

Соотношение (3.2) показывает, что значение ψ_min соответствует максимальному расходу газа через регулятор Q_max. Тогда на основании равенства (3.2) можно записать :

. (3.3)

Регулировочная (внутренняя) характеристика клапана представляет собой связь

Q/Q_max = ƒ( h/h_max),

где h, h_max - текущее при Q и максимальное при Q_max перемещение ( ход) клапана.

Клапаны выпускаются с линейными, параболическими и логарифмическими характеристиками. Примем параболическую характеристику:

Q/Q_max = ( h/h_max)². (3.4)

Подставляя (3.4) в (3.3) , получим:

= ( h/h_max)⁴.

Из последнего соотношения следует, что необходимые для выполнения условия Р₂=const значения комплексного коэффициента сопротивления клапана ψ обеспечиваются при проектировании регулятора законом изменения хода клапана в четвертой степени.

Рассмотрим, как изменяется давление перед газовыми приборами р_п при изменении расхода газа, поступающего в газопровод. Для этого воспользуемся уравнением Дарси:

р₂-р_п= , (3.5)

где λ;,d- коэффициенты трения, длина и диаметр газопровода.

Коэффициент трения λ можно принять постоянной величиной, тогда равенство (3.5) перепишется в виде:

р₂-р_п= соnstQ²_.

Откуда

р_п = р₂- соnstQ² (3.6).

Из выражения (3.6) видно, что при р₂= const уменьшение расхода газа Q, поступающего в газопровод, приводит к повышению давления , а увеличение расхода Q к уменьшению давления газа перед газовыми приборами