Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ проблем при использовании существующей технологии редуцирования газа на объектах газопроводного транспорта 10
1.1 Существующая система транспортировки и распределения природного газа 10
1.2 Анализ конструкций и принципов работы применяемых регуляторов давления газа 12
1.3 Роль эффекта Джоуля-Томсона в процессе редуцирования давления газа 18
1.4 Проблемы выпадения гидратов и обмерзания регуляторов на ГРС иГРП 24
Глава 2 Роль вихревого эффекта в разработке технологии квазиизотермического редуцирования давления газа с возможностью отделения от газа несанкционированной влаги 32
2.1 Сущность вихревого эффекта и область применения устройств на его основе 32
2.2 Определение и анализ основных факторов, влияющих на температурное разделение газа в вихревых устройствах 45
2.3 Оценка возможности реализации квазиизотермического редуцирования давления газа 52
2.4 Принципы разработки вихревых устройств для отделения от газа несанкционированной влаги 57
Глава 3 Разработка экспериментальных образцов вихревых регуляторов давления газа 61
3.1 Вихревой регулятор давления газа для ГРС -,
3.2 Вихревой регулятор давления газа для ГРП с отделением несанкционированной влаги 69
3.3 Система измерений и регистрации параметров 7~
Глава 4 Установление зависимостей между факторами, влияющими на вихревой эффект, для достижения квазиизотермического редуцирования давления газа 78
4.1 Результаты экспериментальных исследований на разработанных образцах вихревых регуляторов давления газа 78
4.2 Численное моделирование процессов в проточной части внутреннего контура вихревого регулятора 88
4.3 Зависимости, позволяющие реализовать квазиизотермическое редуцирование давления газа 93
Заключение 98
Список использованной литературы
- Анализ конструкций и принципов работы применяемых регуляторов давления газа
- Определение и анализ основных факторов, влияющих на температурное разделение газа в вихревых устройствах
- Вихревой регулятор давления газа для ГРП с отделением несанкционированной влаги
- Численное моделирование процессов в проточной части внутреннего контура вихревого регулятора
Введение к работе
В России, в силу ее географических особенностей и сложившихся технологий, превалирует газопроводный транспорт природного газа. Доставка продукции газовых месторождений до потребителей представляет собой единую технологическую цепочку в виде системы транспортировки и распределения газа. Газ с месторождений, пройдя необходимую подготовку, поступает на головную компрессорную станцию и далее в магистральный газопровод, по которому транспортируется с помощью компрессорных станций. К населенным пунктам и промышленным объектам природный газ поступает с избыточным давлением 3,0^-7,5 МПа, что вызывает необходимость установки дополнительных сооружений для понижения давления до потребительского уровня.
В настоящее время снижение давления газа производится в два этапа:
На газораспределительных станциях (ГРС) — с давления газа в магистральном газопроводе до избыточного давления 0,3^-1,2 МПа;
На газорегуляторных пунктах (ГРП) — до избыточного давления 0,003-0,1 МПа.
Далее, после ГРС или ГРП, газ поступает потребителям для промышленных и коммунально-бытовых нужд.
Затраты на транспортировку составляют значительную часть себестоимости газа, поэтому являются актуальными предложения по разработке новых технологий, оптимизации работы и техническому перевооружению существующего газотранспортного оборудования.
Как правило, снижение давления газа на ГРС и ГРП осуществляется с помощью регуляторов давления, принцип работы которых основан на дросселировании газа, когда для снижения давления газа создается переменное регулируемое гидравлическое сопротивление потоку газа. Наблюдаемое при этом снижение температуры газа связано с дроссель-эффектом Джоуля-Томсона, который при редуцировании давления природного газа на ГРС приводит к снижению его температуры на 10...25 С. Тем самым, создаются бла-
гоприятные условия для образования кристаллогидратов, которые отлагаются на деталях регуляторов и приводят к примерзанию затворов к седлам, закупориванию проходных сечений регуляторов давления, что снижает надежность работы и может привести к возникновению аварийных ситуаций.
На ГРС для исключения выпадения гидратов при расширении и охлаждении газа применяются специальные антигидратные мероприятия, в частности, предварительный подогрев газа, который осуществляется за счет сжигания части транспортируемого газа, что не отвечает требованиям энергосбережения. Кроме того, установка и работа котлов-подогревателей приводит к усложнению технологической схемы ГРС и выбросам продуктов сгорания в атмосферу.
Если на ГРС предусматриваются системы для предварительного подогрева газа, то на ГРП такие системы в основном не устанавливаются. Часто, особенно это касается северных регионов страны, возникает необходимость отделения несанкционированной влаги для избежания её замерзания в регуляторах газа и отводящих трубопроводах ГРП, что может привести к нестабильной подаче газа на горелочные устройства потребителей. Под несанкционированной влагой понимается влага, попадающая в транспортируемый газ в результате тех или иных нарушений технологии транспортировки газа или ремонта трубопроводов.
Таким образом, решение проблемы снижения давления газа на ГРС без применения антигидратных мероприятий и отделения от газа несанкционированной влаги на ГРП является актуальной научно-технической задачей.
В рамках разрешения указанной проблемы в диссертационной работе выполнены исследования, направленные на разработку технологии квазиизотермического редуцирования давления газа с возможностью организации процесса отделения от газа несанкционированной влаги, в основе которой лежит применение вихревого эффекта. Под квазиизотермическим редуцированием понимается такое редуцирование газа, при котором посредством температурной стратификации потоков в вихревом устройстве с их последую-
щим смешением можно практически исключить снижение температуры газа или даже её несколько повысить относительно температуры на входе. . Цель диссертационной работы.
Повышение эффективности транспортировки газа за счет уменьшения затрат ресурсов на использование противогидратных мероприятий на ГРС и обеспечение отделения от газа несанкционированной влаги на ГРП путем научно обоснованной организации квазиизотермического редуцирования давления газа на основе вихревого эффекта и разработки устройств, его реализующих.
Основные задачи, которые решаются для достижения цели работы:
Обоснование возможности и целесообразности реализации квазиизотермического редуцирования давления газа и отделения от газа несанкционированной влаги на основе вихревого эффекта взамен существующей технологии редуцирования на ГРС и ГРП.
Разработка экспериментальных образцов вихревого регулятора давления газа (ВРДГ) для ГРС и вихревого регулятора давления газа с отделением несанкционированной влаги для ГРП.
Проведение экспериментальных исследований и численного моделирования течений газа в вихревых регуляторах.
Установление зависимостей между факторами, определяющими эффективность температурного разделения газа в вихревых устройствах, применительно к реализации квазиизотермического' процесса редуцирования давления газа.
Методы решения задач.
При решении поставленных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования вихревых течений и процесса дросселирования газа, проведение стендовых испытаний.
Теоретические исследования базируются на научных основах механики жидкости и газа и термодинамики, на использовании полученных экспериментальных данных. При проведении экспериментов и обработке их данных
применяются методы теории планирования эксперимента и статистической обработки данных.
Научная новизна
Обоснована принципиальная возможность решения существующей проблемы гидратообразования и обмерзания регуляторов при редуцировании давления газа за счет применения устройств, работающих на основе вихревого эффекта, без использования применяемых в настоящее время противогид-ратных мероприятий.
Предложены и проработаны принципиальные и технические решения по созданию ВРДГ, защищенные патентами на изобретение, которые, в отличие от существующих, позволяют осуществлять квазиизотермическое редуцирование давления с отделением от газа несанкционированной влаги.
Впервые получены результаты, показывающие возможность значительного снижения величины, а при определенных условиях и изменения знака дроссель-эффекта в процессе редуцирования газа с использованием особенностей вихревых течений с температурным разделением потоков.
Установлены качественные зависимости между факторами, определяющими эффективность температурного разделения газа в вихревых устройствах, применительно к реализации квазиизотермического процесса редуцирования давления газа.
Практическая ценность работы. 1. Результаты, представленные в диссертации, показывают, что редуцирующие устройства на основе вихревого эффекта позволяют обеспечить квазиизотермический процесс редуцирования давления газа и тем самым ограничить на газораспределительных станциях использование противо-гидратных мероприятий, что повышает эффективность транспортировки газа и позволяет отказаться от усложнения технологической схемы ГРС. Ежегодная экономия природного газа на ГРС, расположенных на территории РФ, может достигать 300 млн. нм3/год.
Разработанные и запатентованные конструкции ВРДГ позволяют реализовать квазиизотермическое редуцирование давления с отделением несанкционированной влаги от поступающего газа.
Полученные результаты подтверждают, что применение предлагаемой технологии редуцирования давления газа позволяет, не усложняя технологическую схему, организовать одновременно несколько процессов и тем самым обеспечить требуемую работоспособность оборудования при неблагоприятных условиях эксплуатации. В частности, в данной работе решена проблема снижения давления поступающего газа и отвода от него несанкционированной влаги для обеспечения стабильной подачи газа на горелочные устройства потребителей.
Установленные зависимости по организации квазиизотермического редуцирования давления газа могут быть положены в основу методики проектирования редуцирующих устройств на основе вихревого эффекта, обеспечивающих снижение давления природного газа на ГРС без использования противогидратных мероприятий.
На защиту выносятся.
Результаты исследований, доказывающие возможность использования вихревого эффекта для реализации технологии квазиизотермического редуцирования давления газа с отделением от газа несанкционированной влаги.
Разработанные принципиальные и технические решения по созданию экспериментальных образцов вихревых регуляторов давления газа для реализации квазиизотермического редуцирования с отделением несанкционированной влаги от поступающего газа.
Результаты экспериментальных исследований и численного моделирования газодинамических процессов в вихревых регуляторах.
Установленные зависимости между факторами, определяющими эффективность температурного разделения газа в вихревых устройствах, для реализации квазиизотермического процесса редуцирования давления газа.
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих международных и российских конференциях:
Международной молодежной научной конференции «XXX Гагарин-ские чтения», г. Москва, 2004 г.
Межвузовской научной конференции «Нефть и газ — 2004», г. Москва, 2004 г.
XXIV Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 80-летию со дня рождения академика В.П.Макеева, г. Миасс, 2004 г.
IV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е.Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», г. Казань, 2004 г.
Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Проблемы современного машиностроения», г. Уфа, 2004 г.
IV Международном совещании по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте, г. Москва, 2004 г.
XV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», г.Калуга, 2005 г.
Публикации.
Основное содержание работы отражено в 15 опубликованных работах, в их числе 5 статей, опубликованных в рекомендованных ВАК изданиях.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы; изложена на 111 страницах машинописного текста, содержит 57 иллюстраций, 4 таблицы; библиографический список включает 97 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность канд. техн. наук, доценту Ахметову Ю.М. за плодотворные консультации, обсуждения материалов диссертации, ценные замечания и поддержку.
Анализ конструкций и принципов работы применяемых регуляторов давления газа
В различных отраслях науки и техники под редуцированием понимают наименование процессов, ведущих к уменьшению размеров какого-либо объекта, упрощению его структуры или к ослаблению напряжения, силы, иногда к полному исчезновению чего-либо. Применительно к гидрогазодинамике, редуцирование - это понижение давления пара или газа с помощью редуцирующих устройств: клапанов, редукторов, вентилей и других устройств. Устройства, предназначенные для снижения давления в газовых сетях и поддержания входного или выходного давления газа на заданном уровне независимо от отбора газа потребителями, называются регуляторами давления газа [54].
Как правило, в регуляторах давления для понижения давления среды используется процесс дросселирования, когда для снижения давления газа создается регулируемое гидравлическое сопротивление потоку газа. В общем случае дросселированием называется процесс, происходящий при течении потока пара или газа через местное сопротивление в трубопроводе, при этом давление после прохождения потока через местное сужение в канале оказывается меньше давления в канале до местного сужения. Это необратимый термодинамический процесс перетекания газа (жидкости) от области с большим давлением в область более низкого давления, происходящий без совершения работы [71].
Все применяемые регуляторы по использованию энергии для перемещения редуцирующего органа делятся на два основных класса - регуляторы прямого (непосредственного) и непрямого действия (с отдельным регулирующим блоком - пилотом). Коренным отличием этих групп является то, что источником энергии для перемещения редуцирующего органа у регуляторов давления прямого действия служит энергия входного потока сжатого транспортируемого газа, в то время как регуляторы давления непрямого действия используют вспомогательный источник энергии [12].
Принципиальная схема регулятора давления газа прямого действия представлена на рисунке 1.2. [54].
Регулятор состоит из корпуса 1 с запорно-дросселирующим органом, содержащим седло 2 и затвор 3, грузового задатчика давления 4, мембраны 5 и защитной крышки 6. Внутреннее пространство между мембраной и крышкой сообщается с атмосферой с помощью отверстия. Мембрана и запорно-дросселирующий орган разделены герметичной перегородкой 7, через кото рую проходит подвижный шток 8, уплотняемый сальником. Выходное давление передается под мембрану через трубку с вентилем 9.
Конструктивно в любом регуляторе давления можно выделить следующие основные узлы: запорно-дросселирующие органы и силовые приводные устройства. 2 3
Запорно-дросселирующие органы являются одним из основных элементов исполнительных устройств регуляторов давления газа. В большинстве случаев запорно-дросселирующие органы конструктивно скомпонованы с приводом (мембранным, поршневым или электрическим) и образуют исполнительное устройство регулятора (регулирующий клапан), однако они имеют самостоятельное значение.
Силовые приводные устройства обеспечивают перемещение штока, управляющего величиной зазора в дросселирующем органе под воздействием управляющего давления или сигнала, а также сравнивают выходное давление регулятора с заданным значением и формируют усилие, пропорциональное разности этих давлений. Таким образом, силовое приводное устройство объединяет в себе функции задатчика, узла сравнения и приводной части исполнительного устройства. Основными элементами запорно-дросселирующих органов являются затворы. В зависимости от назначения и условий эксплуатации (рабочих давлений, способов подачи давления на затвор, пропускной способности по расходу и т.п.) в запорно-дросселирующих органах используются различные типы затворов, создающих вместе с корпусом дросселирующего органа переменное регулируемое гидравлическое сопротивление потоку газа. Затворы располагаются в корпусе дросселирующего органа и приводятся в движение штоком или поворотным валом, а также могут управляться внешним управляющим давлением газа или жидкости [54].
Определение и анализ основных факторов, влияющих на температурное разделение газа в вихревых устройствах
Все факторы, определяющие температурное разделение в вихревой трубе, можно разделить на две категории: геометрические и термодинамические. К основным геометрическим факторам относятся: длина и диаметр вихревой трубы, диаметр отверстия диафрагмы, геометрия проходного сечения сопла, наличие и конструкция крестовины. К термодинамическим факторам относятся: давление газа на входе рвхи на выходе рвык, доля разделения потоков в вихревой трубе на «горячий» и «холодный», теплофизические свойства газа.
Для определения закономерностей влияния указанных геометрических факторов на температурное разделение при проведении экспериментов на различных вихревых устройствах используют, как правило, их безразмерные величины.
Так, при изучении влияния длины вихревой трубы L, её представляют в виде относительной длины трубы, выражаемой в калибрах и определяемой как L=L/d, (2.6) где d - внутренний диаметр трубы. Проведенный анализ имеющихся материалов показал, что рабочим диапазоном вихревой трубы является L = 3 4- 50 [38,51].
А.П.Меркуловым была установлена крестовина на горячем конце вихревой трубы и тем самым удалось существенно сократить длину вихревой трубы без снижения её эффективности. Здесь необходимо отметить, что под эффективностью в большинстве работ по вихревому эффекту понимается увеличение величины АГХ0Л либо гх = ДГхол/ДГгор, так как вихревую трубу рассматривали прежде всего как устройство охлаждения.
На рисунке 2.6 представлено влияние длины трубы L на АГХ0Л при установке на горячем конце четырехлопастной крестовины. Анализ материалов показывает, что при уменьшении длины вихревой трубы наблюдается незначительный рост максимального эффекта охлаждения, а при L 9 последний резко снижается. На основании этого, А.П.Меркулов дает рекомендации, что оптимум при выборе длины вихревой трубы составляет L = 9 [38].
С учетом того обстоятельства, что разрабатываемый ВРДГ должен монтироваться непосредственно в газопровод в ограниченном объеме помещения ГРС или ГРП, предпочтительнее, чтобы длина вихревой трубы была минимально возможной. Кроме того, с позиции обеспечения квазиизотермического редуцирования газа, было сделано предположение, что уменьшение АГХ0Л при уменьшении длины трубы может обеспечить более высокую сме севую температуру газа. В связи с этим было принято решение при проектировании ВРДГ использовать вихревую трубу с крестовиной на её «горячем» конце с длиной до L 9. Это было сделано на основании анализа графика 2.6, откуда следует, что уменьшение длины относительной трубы ведет к снижению АГхол, что может оказать существенное влияние для получения квазиизотермического редуцирования давления газа.
Как уже было сказано, наличие крестовины в вихревой трубе существенно меняет структуру потока. Проведенные в УГАТУ испытания экспериментальной вихревой трубы, представленной на рисунке 2.7, с различными крестовинами показали, что условия температурного разделения потоков существенно зависят от конструкции крестовины. Результаты экспериментов вихревой трубы при различных вариантах крестовины представлены на рисунке 2.8. Из рисунка следует, что, например, установка на базовой крестовине отражательного диска диаметром порядка половины диаметра вихревой трубы приводит к повышению температуры горячего потока с 50...80С до 100...120С.
В работах А.П. Меркулова, А.Д. Суслова, Ш.А. Пиралишвили и других авторов [38, 39, 51, 69] рассматривается схема работы вихревой трубы с возвратом горячего потока, отобранного по периферии горячего конца, в осевую зону ВТ. При этом горячий поток охлаждается в теплообменнике, и его подача в зону повышенных температур приводит к увеличению холодильного эффекта (как указывалось выше, большинство работ посвящено изучению вихревой трубы как устройства охлаждения).
Вихревой регулятор давления газа для ГРП с отделением несанкционированной влаги
С учетом опыта разработки ВРДГ для ГРС и результатов экспериментальных исследовании по отделению влаги в вихревых устройствах для ис- і пользования на ГРП был разработан ВРДГ с отделением несанкционированной влаги. Особенностью данного регулятора является возможность отделения несанкционированной влаги в поступающем газе, а также перепуск горячей части газа по трубкам для подогрева газа на входе в ВТ и обогрева корпуса регулятора.
Продольный и поперечный разрез ВРДГ представлены на рисунке 3.5. Разработанный вихревой регулятор содержит следующие основные части: устройство поддержания давления на выходе 1; фланец выходной 2; фланец крепления завихрителя 3; корпус регулятора 4; устройство редуцирующее, і состоящее из завихрителя 5, рычажного механизма 6, одного регулирующего клина 7; фланец входной 8; фланец узла переброса горячего воздуха 9; сменный насадок влагоотборника 10; труба пластмассовая 11; вихревая труба 12; крестовина 13. со сменными диффузорами 14; устройство поворота и перепуска «горячего» газа, образованное винтовой головкой 15 с каналами перепуска «горячего» газа 16 и трубками перепуска 17; узел отсекателя 18; труба отвода влаги 19.
Вихревой регулятор давления представляет собой агрегат, монтирующийся непосредственно в газопровод. При этом входной патрубок и выход- і ной соединяются с трубками газопровода на сварке или, используя резьбу на патрубках, подсоединяются с помощью соединительной арматуры.
Корпус 4 является основным звеном, к которому крепятся все остальные детали — фланцы. К корпусу регулятора 4 крепятся на болтах слева и справа ряд фланцев. Слева стоит выходной фланец 2, в корпусе которого выполнены ряд отверстий для подачи «горячего» газа на выход регулятора после трубок перепуска 17 и отверстий во фланцах 3, 8, 9 и в корпусе 4.
Кроме этого, в корпусе сверху вмонтирована направляющая для регулирующего клина 7, а на крыше корпуса 4 закреплено устройство поддержания давления на выходе 1. Это устройство представляет собой мембранный редуктор давления газа.
К фланцу 3 винтами прикреплен завихритель 5, в паз которого входит регулирующий клин 7, связанный через рычажный механизм 6 с мембраной устройства поддержания давления на выходе 1.
К фланцу 5 крепится сменный насадок влагоотборника 10. и, таким образом, создается полость, куда собирается несанкционированная влага, которая отводится через специальное отверстие на фланце в полиэтиленовый шланг 19 и далее в емкость для сбора влаги. В шланг для обогрева поступает горячий воздух из одной трубки перепуска 15.
К пластмассовой трубе на фланце крепится сварная приемная камера, на торце которой прикреплен узел отсекателя 11. Отсекатель 11 является готовым узлом и следит за давлением на входе в регулятор.
Представленный регулятор работает следующим образом. Газовый поток поступает из газопровода в полость отсекателя газа по тангенциальному каналу, что обеспечивает предварительную закрутку потока на входе в кольцевой канал, образованный наружной пластиковой трубой и ВТ, на конце которой установлена винтовая головка. В канале газ последовательно подогревается от винтовой головки, трубок перепуска, через которые часть «горячего» газа перепускается на выход регулятора за диафрагму, и наружной стенки вихревой трубы. Из кольцевого канала газ поступает в сопловой ввод, в котором разгоняется до звуковой скорости в критическом сечении и в тангенциальном направлении вводится в вихревую камеру. За счет высокоскоростного окружного течения газа в тангенциальном закручивающем устрой- » стве с плавным переходом по криволинейной поверхности управляющего клина и наружной стенки вихревой камеры, в вихревой камере образуется интенсивный вихрь, в котором происходит пленочное течение на внутренней поверхности вихревой, трубы в случае поступления несанкционированной влаги на вход в регулятор. Пленочный поток отделенной влаги, двигаясь вдоль оси по наружной стенке вихревой трубы, попадает в щель фазоотбор-ника и в вихревую камеру сбора жидкости, откуда по специальному трубопроводу поступает в емкость для сбора конденсата и несанкционированной влаги. Металлический трубопровод отвода влаги помещен концентрично в і пластмассовый трубопровод, по которому перепускается частично газ из винтовой головки для предотвращения замерзания отводимой влаги. Из емкости сбора влаги прошедший газ по специальному трубопроводу поступает на выход регулятора. Емкость размещается или под землей ниже глубины промерзания, или в отапливаемом помещении.
Численное моделирование процессов в проточной части внутреннего контура вихревого регулятора
Для исследуемого диапазона давлений и температур значение дроссель-эффекта составляет ада_т = 2,2 -f- 2,9 град/МПа. Построение линии Джо уля-Томсона на рисунке 4.1 выполнено при среднем значении дроссель-эффекта асрлж-т = 2,5 град/МПа.
Анализ данных, представленных на рисунке 4.1, показал, что имеется зависимость температуры газа на выходе регулятора от исследованных параметров, причем получаемые значения температуры газа на выходе регулятора могут быть как более высокими, так и более низкими, чем значения температуры газа, наблюдаемые при обычном дросселировании. Данные же, полученные при редуцировании давления газа с помощью задвижки, совпадают с линиями, построенными по табличным значениям дроссель-эффекта, во всем исследованном диапазоне давлений. Таким образом, показано, что, в зависимости от условий вихревого редуцирования, возможно обеспечить температуру газа на выходе больше, меньше или равную температуре газа после классического дросселирования.
Согласно полученным результатам, одним из ключевых влияющих факторов является геометрия соплового ввода. В экспериментальном образце ВРДГ был использован регулируемый двухсопловой ввод, описанный выше в разделе 3.1. Результаты экспериментов показали, что увеличение площади соплового ввода ведет к снижению эффекта подогрева, и, следовательно, к увеличению эффекта охлаждения. На рисунке 4.2 представлен анализ площади проходного сечения каналов данного соплового ввода при движении регулирующих клиньев. Он показывает, что по мере закрытия клиньев критическое сечение уменьшается и сдвигается в сторону входа потока в вихревую трубу. Следовательно, при большом открытии клиньев критическое сечение находилось далеко от входа потока в вихревую камеру, и, возможно, происходило перераспределение струи газа в закритической области канала, а также срыв потока, что отражалось на конечной температуре газа. Таким образом, можно предположить, что влияние соплового ввода обусловливается не только величиной площади сопла и её отношением к площади поперечного сечения трубы, как отмечают многие авторы, но и самой конструкцией ввода, организацией течения и возможностью последующего расширения струи.
Полученные результаты показали, что величина подогрева газа в кольцевом канале от горячей стенки вихревой трубы не зависит от степени понижения давления газа в регуляторе, а определяется только величиной входного давления и площадью проходного сечения соплового ввода. При повышении входного давления рвх, значение А7 одогр снижается, что связано с увеличением расхода поступающего газа и, тем самым, снижением теплообмена на единицу массы газа.
Значение АГкрест в процессе экспериментов составляло 204-35 С, причем большие значения наблюдались, при прочих равных условиях, при более высоких давлениях газа на входе.
С учетом полученных результатов, на вихревом регуляторе для ГРС разработан ВРДГ для ГРП, который был испытан на сжатом воздухе, а также на природном газе при избыточном входном давлении 0,3 МПа. Результаты испытаний ВРДГ для ГРП приведены на рисунке 4.5, где Ар = рвх - рвых.
Сравнение полученных результатов показало, что в интервале изменения абсолютного входного давления 0,2-4),5 МПа при прохождении воздуха через регулятор в зависимости от степени открытия регулируемого ввода наблюдается повышение его температуры на 1-И ,5 С.
На расчетном режиме при абсолютном входном давлении Рвх=0,4 МПа и снижении давления природного газа до абсолютного давления 1,003 МПа подогрев воздуха при максимальном расходе составляет АГСМ =5,5 С, при минимальном расходе - АГСМ = 2,7 С (-10% от максимального значения). Величина подогрева природного газа на расчетном режиме равна ДГСМ =2,0 С и АГСМ =1,0 С для максимального и минимального расхода соответственно. При испытании эффективности отделения несанкционированной влаги в регуляторе было получено, что при продувках сжатым воздухом коэффициент влагоотделения составляет 0,9- -0,95 а на природном газе — 0,84- -0,85. Разница в полученных результатах на воздухе и на природном газе объясняется разными теплофизическими свойствами рабочих тел, что требуется учитывать при разработке ВРДГ. Прежде всего, необходимо учитывать молекулярную массу, определяющую газовую постоянную рабочего тела и показатель к = ср jcv, как отношение изобарной теплоемкости к изохорной, который определяет среднюю скорость теплового движения молекул газа.
Измерение температур по тракту регулятора показало, что подогрев воздуха перед сопловым вводом в вихревую трубу составляет АГподогр = 4-4-7 С, что с учетом дополнительного теплообмена от трубок перепуска соответствует данным, представленным на рисунке 4.4, и тем самым подтверждает наличие положительно-обратной связи по горячему контуру. Получаемые значения величины АТ . = 25 ч-35 С на данном регуляторе соответствуют описанным ранее данным для ВРДГ для ГРС
