一间接作用式调压器工作原理

浅谈轴流式调压器的优缺点及意义
权竹山穆宁冯明星
摘要：
调压器是燃气输配系统中最核心的设备之一。

调压器又分为直接作用式和间接作用式两种。

直接作用式分为杠杆式和直杆式两种。

间接作用式按指挥器分为双向控制式和卸载式两种。

间接作用式按阀体流道性质来分有曲流式和轴流式两种。

轴流式调压器的压力损失和流量损失，是目前所有自力式调压器中性能最好的。

同时也是最复杂的。

代表了调压器的最高设计和制造水平。

轴流式调压器的阀芯阀瓣和阀口受力平衡，设计精巧。

研究轴流式调压器意义重大。

本文集中讨论轴流式的特点。

关键词：
轴流式，间接作用式，阀套式结构，指挥器
目录 1：调压器基本原理
2：调压器分类
3：指挥器分类
4: 轴流式的原理
5：轴流式调压器阀芯阀瓣和阀口的受力分析
6：国外常见轴流式调压器的结构、性能、优缺点对比
7：结论及总结
一：调压器基本原理
所谓调压器，简单的说就是把气体压力降低，且要保证在进口压力波动和流量变化时，出口压力保持稳定不变（在精度范围内）。

减压靠的是节流。

简单的说，就是流体从小口径的通道流向大口径的通道，那么压力会降低。

古今中外所有调压器，莫出其类。

出口压力如何保持稳定不变？以直接作用式为例，靠的是反馈机构，将出口压力反馈到皮膜下方，靠弹簧的稳定作用，适当改变阀口开度，从而调节前压到出口端的多少，来控制出口压力的稳定。

（配直接作用式的图）
例如：出口压力P2下降，皮膜下方的压力降低，那么弹簧力往下运动，引起阀口开度增大，前压更多的补充到出口，让出口压力P2上升。

这样刚开始下降，后来上升，就实现了出口压力恒定。

反之出口压力P2上升，同理。

由此我们得出调压器工作的核心：
1：减压，且稳压，尽可能提高精度。

2：关闭性能。

当气流停止流动时候，阀口前面是高压，阀口后面是低压，要靠阀口和阀瓣实现完全隔离密封。

二：调压器分类
调压器又分为直接作用式和间接作用式两种。

直接作用式调压器一般分为直杆式和杠杆式两类。

直杆式杠杆式
间接作用式按“指挥器”分为双向控制式和卸载式两种。

间接作用式按“阀体流道”分为轴流式和曲流式两种。

三：指挥器的分类
要谈轴流式调压器之前，必须对指挥器进行了解和分析。

1：双向控制指挥器的调压器
这个结构按照国外文献介绍，叫做双向控制指挥器间接作用式调压器。

（也有称为加载式的）
间接作用式很典型的特点就是有一个负载压力，PL。

很关键！它起一个推波助澜，放大驱动力的关键作用，
简单的理解，比如，出口压力P2下降，ΔP2很小的情况下，不足以直接驱动主阀阀瓣运动。

但是通过指挥器，P2下降，造成PL增大。

而PL增大和P2下降，都是让主阀阀芯向同一个方向运动。

相当于起到了推波助澜的作用，也就是放大力量的作用。

这样ΔP2即使很小，也可以让阀芯运动，调节精度和流量了。

2：卸载式带指挥器的调压器（配原理图和实物图）
这个结构按照国外文献介绍，叫做卸载式指挥器间接作用式。

简单的理解，比如，出口压力P2下降，ΔP2很小，不足以直接驱动主阀阀瓣运动。

但是通过指挥器，P2下降，造成PL下降。

而PL下降，会导致主阀的皮膜打开，然后主阀前压进入到主阀后端，这样又可以致使出口压力P2上升，
如此循环，就起到了稳压的作用了。

注意PL下降的时候，前压P1通过固定节流器传过来的气体，补充不够PL 的下降。

注意，这种结构的调压器，阀瓣的运动，也就是一层可动的隔膜的运动，是直接取决于P1和PL的相对大小来决定的。

当调压器停止工作时，即关闭时候，PL=P1，那么阀口关闭，靠的是内部弹簧力的作用。

目前间接作用式的调压器指挥器结构都不出这2种形式。

各家厂家各种类型，无非是围绕这2种结构形式，把每个环节做得更好，来提高精度罢了。

更多细节参考2013年论文
当然，轴流式调压器的指挥器也是属于以上两种形式。

双向控制指挥器的调压器，因为后压同时作用于指挥器皮膜与主阀皮膜上，出口压力的变动在两者同时产生影响，主阀芯反应更灵敏，因此双向控制式指挥器比卸载式精度更高。

四：轴流式的原理
轴流式曲流式
可以明显看出，轴流式调压器就是进口高压端与出口低压端的流道，在同一个轴线上。

相对其他形式的调压器而言，流量损失最小，压力损失最小。

所以它可以实现低压差，大流量。

性能卓越！
轴流式的指挥器可以是双向作用式，也可以是卸载式。

轴流式调压器完全迥异于普通调压器S型的流道结构,它让介质在阀体内，轴向且顺着圆形流道流动,流体在阀体内的流向转变很小, 能量损失很少。

基本没有介质流动死角。

整体铸造或锻造的圆型阀体结构承压性能更好。

曲流式调压器的流通能力受“S”形流道结构约束，介质在流道内经流向改变至少2次以上,动能损失大，易形成旋涡, 互相碰撞, 消耗能量。

而且调压器口径越大,阀口或者阀瓣的行程越长（有的是阀口固定阀瓣运动，有的是阀瓣固定阀口运动）, 调节灵敏度降低, 整体结构笨重,驱动力需求更大。

轴流式调压器的阀体流道呈一字方向，轴向设计，并且在阀体内腔设计有流线型圆锥导流体, 引导流体的流动状态及流向, 使管道流体分布均匀, 压力均
衡。

五：轴流式调压器阀芯阀瓣和阀口的受力分析比较
阀瓣的受力状态非常重要，它如果能够很自由灵活的运动，运动所需的驱动力很小，那么该调压器的精度就高，流量就大。

如杠杆式直接作用式调压器，前压对阀瓣的力，没有平衡设计，没有得到平衡。

精度就很一般
如果采用了平衡阀芯设计，那么后压基本就不会随着前压变化而变化了。

比如直杆式调压器往往设计了平衡皮膜设计。

（细节参考2011年的论文。

）几乎所有的间接作用式调压器都采用了不同的，各种各样的方法，来平衡前压对阀瓣的作用力。

这里谈谈轴流式的阀瓣与阀口受力分析。

这是FL的结构图。

这里阀芯是固定的，阀口是活动的，阀口在水平方向基本没有收到前压的影响，运行时候受前压影响力为0。

关闭时候只受后压很小面积的力，方向往左，更有利于关闭。

310L轴流式阀芯阀瓣受力状态基本相同。

AFV AFV轴流式调压器同时又是卸载式指挥器调压器，所以它的橡胶阀套受P1和PL同时作用，大部分时候P1=PL。

这样就解决了阀瓣受力的平衡问题。

六：几种轴流式调压器比较
目前国产轴流式调压器较少，国外常见的有AFV、FL，310A几种
1：AFV。

AFV是卸载式指挥器调压器。

指挥器是一级调压，可以带平衡皮膜。

AFV将前压通过固定节流器节流后，导入阀体和皮膜套形成的空间内，形成负载压力PL，负载压力PL在指挥器的调节下，该负载压力与皮膜套内的前压形成平衡，后压变动时,在指挥器控制下，负载压力发生相应变化，达到平衡时，出口压力维持到设定值。

总结：卸载式，指挥器1级调压，指挥器可以带平衡皮膜。

2：FL
FL型调压器是双向控制调压器。

前压P1首先通过指挥器的第一级调压器（固定减压不可调节），输出一个相对稳定的压力进入指挥器，经指挥器第二级调压后输出负载压力PL，到使主阀关闭皮膜的一端，与皮膜另一端的后压P2及主阀弹簧形成平衡。

后压变动时，在指挥器控制下负载压力发生相应变化，达到平衡时，出口压力维持到设定值。

FL是双向控制作用式调压器，同时引入指挥器两级调压来屏蔽前压波动的影响。

所以他的调压精度更高。

简单的说，就是指挥器采用了二级调压。

第一级是固定不可调节的，同时设计了平衡装置。

可谓超级复杂。

3：310A
310L与FL很相似，细节不同的就是指挥器皮膜下方，FL是引的出口压力P2，而310L是引的中间负载压力PL。

我们的理解是对于双向负载式指挥器而言，P2和PL基本相差不大。

引哪个压力到指挥器皮膜下方都可以。

正如卸载式指挥器而言，P1和PL大部分时间相等。

细节再另文分析。

其他就不赘述了。

总结：轴流式，双向控制式，指挥器2级调压，指挥器第一级是固定调压。

第二级调压带了平衡设计。

七：总结
轴流式调压器优点很多，综合而言，各方面性能俱佳。

如果非要说缺点的话，就是加工难度大。

尤其是指挥器方面，往往设计了两级调压，同时为了节约体积，国外产品就做的很精巧很复杂。

理解消化起来有一定的困难。

在大中型门站调压站分输站，中高压，大流量，低压差等场合，轴流式调压器表现卓越。

相对而言，双向控制式比卸载式精度更高，加上FL,310L的指挥器是2级调压，所以FL，310L比AFV精度更高。

但成本也更高，加工难度也更大。

最后，我们重庆界石仪表有限公司目前还是一个成长型学习型的企业，研究还不够深入，虽然企业历史久，但学无止境，希望各位专家同行们，不吝赐教，指出我们的不足，共同进步。

谢谢大家。

作者：
穆宁：重庆界石仪表公司工程师
冯明星：重庆界石仪表公司工程师
权竹山：重庆界石仪表公司总工程师
参考文献：
1：FISHER样本
2：AFV样本
3：重庆界石样本。