第9章 燃气的压力调节及计量
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Q0max 1.15 ~ 1.2Qp
调压器的计算流量：管网计算流量的1.2倍 调压器的压力降：调压器前燃气管道的最低压力 和调压器后燃气管道所需压力差确定
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2015/11/11
表9-1 国产TZY-40K型自力式调压器，调节阀门完全开启时 系数C值
公称直径 20 （mm） 阀口直径 10，12， （mm） 15，20 阀座形式 单座 25 25 32 32 40 40 50 50 80 80 100 100 150 150 单座, 双座 200 200 单座, 双座 450， 630
亚临界状态（P2/P1>vc ）
Q 0 Q 0 PP2 0 0 PP2
临界状态（P2/P1≤vc ）
Q 0 0.5Q 0 P1 0 0 PP2
流量：可能的最小压降和阀门完全开启条件下的最大流量 实际运行过程中，调压器阀门不易处在完全开启状态，以阀 瓣位移不超过最大行程90%为宜 调压器的计算流量（额定流量）与最大流量的关系
单座, 单座, 单座, 单座, 单座, 单座, 双座 双座 双座 双座 双座 双座 8， 10 12， 20， 16 25
系数C值
1.2，2.0， 3.2，5.0
32， 80， 120， 280， 40 100 160 400
例子
管道直径D=100mm，阀口直径Dv=100mm的调压器的最大通过 能力。 已知调节机构为双座直通阀，P1=0.32 MPa，P2=0.22 MPa， 密度ρ0=0.7kg/m3，绝热指数k=1.3，温度10℃。 • 解：（1）计算压力比值
y ymax 不能超过正常生产允许值
ess y g
（2）稳态偏差（静态偏差）（余差） 对燃气压力调节系统，余差和给定值的偏差通常5~15%
3、快速性
过渡过程时间（ts）
从扰动开始到被调参数又重新趋于稳定（新的平衡状 态）为止所经历的时间。 因为存在余差，所以y∞永远达不到g，允许有一个误差 范围Δ，通常取Δ=5%或3%
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三、影响过渡过程动特性的因素
1、调节对象的自行调整特性
在平衡条件破坏后，系统不依靠调压器，而在新的调节参数 上达到稳定的能力。 2、调节对象的容积系数：燃气管道增加单位压力所需的燃气量。 容积系数越小、干扰的变化越剧烈时，进行调节就越困难， 也越不易稳定。 3、由于各种惯性而产生的滞后
9.5
燃气的计量
一、容积式流量计 二、速度式流量计 三、差压式流量计 四、质量流量计 五、组合式流量计
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9.5
燃气的计量
一、容积式流量计
膜式计量表：居民用户，燃气量不大的 商业用户和工业用户 湿式流量计：用在实验室中及校正民用燃气表
腰轮（罗茨）流量计:工业及大型公用 事业用户 椭圆齿轮流量计(液态液化石油气)
理论值 (9-16) ε：考虑密度变化的膨胀系数 经验值 图9-8 C是流通能力系数，可查表9-1
P P2 2 k 1 在临界状态时 2 0.91 P k 1 1 1 c P
k
Q0 5260C
PP1 0T1Z1
P P 1 c Q0 5260C c P 1 0T1Z1
两列错排的随流体运动的旋涡阵列，称为涡街。测
出旋涡剥离频率即可测出流速
超声流量计 传播速度法：测量超声波在流动的流体中，顺流 传播与逆流传播速度差得到被测流体的流速。 时差法：准确度最高，为了进一步提高精度， 多采用多声道超声流量计 相差法 频差法 多普勒法
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超声流量计 主要特点 解决了大管径、大流量测量困难的问题； 对介质几乎无要求 测量精度几乎不受被测流体温度、压力、密度、 粘度等参数的影响； 测量范围宽，一般可达20:1~100:1 价格较贵，只有在流量很大的情况下，由于贸易结 算需要才被选用
稳定的调节过程
不稳定的调节过程
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过渡过程的质量指标
1、稳定性
用衰减率Φ表示
• • • •
y1 y2 y 1 2 y1 y1
若Φ≤0，发散振荡 Φ=0，等幅振荡 0<Φ<1,衰减振荡，0.75~0.9合适 Φ=1，非周期过程
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பைடு நூலகம்015/11/11
2、准确性
（1）动态偏差（最大偏差）
Pout
W g Pin Fvalve F film Fvalve
优点：可靠切断供气
单座阀门
缺点：阀门两侧压力不同，受力不均衡 增加了调压器前压力变化对出口压力的影响 优点：阀门两侧压力相同，受力均衡 调压器入口压力对出口压力影响较小 缺点：不能保证关闭严密，因为温度变化时， 阀芯和阀座的胀缩情况可能不一致 两个阀座在加工和使用中磨损可能不均匀
三、差压式流量计：又称节流流量计
P2 P 0.22 2 k 1 2 0.688 c 0.91 0.497 P 0.32 k 1 1 1 c P
k
（2）查表C=160
（3）根据P2/P1，查图9-8，膨胀系数ε=0.842，取Z1=1
（4）调压器的最大通过能力 Q 5260C 0
N Fa P cFP
薄膜上的受力情况为：
N Wg
N —气体作用于薄膜上的力； Fa—薄膜的有效面积； P —作用于薄膜上的燃气压力； c—薄膜的有效系数； F —薄膜表面在其固定端的投影面积； Wg —重块的质量
当出口用气量增大或入口压力降低， 燃气出口压力降低，造成N<Wg，此 时薄膜下降，阀门开大，燃气流量增 加，压力恢复平衡 当出口用气量减少或入口压力增加， 燃气出口压力升高，造成N>Wg，此 时薄膜上升，阀门关小，燃气流量减 少，压力恢复平衡 自动调节系统
2、用户调压器
针对液化石油气减压阀 进行改进
三、间接作用式调压器 1、金属阀口轴流式调压器
指挥器和主调压器
P2
P3
1）平衡态 P3 P2 弹力 17
P2 弹力8
2）出口压力增加 3）出口压力降低
P1 P4 P3 P2
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2、橡胶套阀口轴流式调压器
3 雷诺式调压器
c 1 0.46
P 1 c P
P P2 1 P P 1 c 1 c 1 c
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根据待选的调压器的实验参数进行换算，选 取调压器是比较方便的 样本上： 0，P，P2 Q0 设计工况下：0，P，P2 Q0 ?
和阀座的配合，压损不超过10kPa
安全阀：安全切断阀和安全放散阀 安全装置： 监视器装置：调压器的串联 调压器的并联装置 旁通管：保证调压器检修时不间断供气 •测量仪表：判断各种装置及设备工作是否正常 进口：指示式压力计，出口：记录式压力计
监视器装置
状态:备用全开
设定压力：P备用>P正常（压力区别非常小）
二、压力自动调节系统的过渡过程
静态：用气量及进口压力保持不变（无干扰）
动态：用气量及进口压力改变，干扰发生，经过调节， 系统重新建立平衡，在这段时间中整个系统各个环节 的参数都处于变动之中，这种状态称为动态。 过渡过程：系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡 状态的过程
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动特性：突然干扰（阶跃变化）作用下的 过渡过程曲线描述
双座阀门
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2、阀门流量特性曲线 反应阀门流量和开启程度的关系
相 对 通 过 能 力
压降为定值 理想特性曲线
相对开启程度
二、调节元件计算
1.当ΔP/P1≤0.08,忽略燃气压缩性，误差不大于2.5%；
Q 509 F0 P
0
Q ：燃气的体积流量，m3/h； F0 ：阀口面积，cm2,； ζ0：对应于阀口面积的阻力系数； ΔP ：调压阀的压降，MPa
回转式流量计：
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二、速度式流量计
涡轮流量计 基本原理：流体以某种速度流过仪表时，使叶轮旋 转，在一定范围内叶轮的转速与流体的流速成正比 涡街流量计 旋进旋涡流量计 超声流量计
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涡街式流量计：属于流体振荡型仪表 基本原理：流体绕流于断面为非流线型物体时，此 物体两侧交替产生旋涡，旋涡体长大至一定程度就 被流体推动，离开物体向下游运动，在尾流中产生
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第9章 燃气的压力调节及计量
第9章 燃气的压力调节及计量
9.1 燃气压力调节过程 9.2 调压器的调节机构和传动装置 9.3 燃气调压器 9.4 燃气调压站 9.5 燃气的计量
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9.1
燃气压力调节过程
一、调压器的工作原理
燃气输配系统中，调压器的作用是将较高的压力调节到较低的压力。 气体作用于薄膜上的力：
引入流通能力系数C：密度1000kg/m3，压降0.0981MPa，流 经调节阀门的小时流量 F Q C 5.04 0 0
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2.当ΔP/P1>0.08,考虑燃气压缩性 将燃气经过阀门的流动看作孔口出流
Q0 5260C PP1 0T1Z1
Q0 m3/h,ΔP P1 MPa
2
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调压器自动调节系统方块图
偏差信号 干扰 位移信号 调节作用
给定值
传动装置 (阀杆)
调节机构 (节流阀) 测量元件
调节对象
被调参数
测量值
(薄膜) 按给定值特点分类
调节对象：与调压器出口连接的燃气管道 被调参数：调压器出口压力 干扰：用气量及进口压力的改变
1、定值调节系统 调压器出口压力为定值 2、程序调节系统 调压器出口按月调节 3、随动调节系统 调压器出口压力随负荷变化调节
PP1 9006 m3 / h 0T1Z1
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三、敏感元件（薄膜）
感测燃气出口压力的变化，并将其与给定值比较， 从而驱动传动装置，带动调节元件调节调压器出口压 力
1、薄膜有效系数
随着弯曲程度（挠度）的不同，有效系数也不同 挠度越大，有效系数越小 2、薄膜特性 应具有一定的强度和耐久性能、有较高的灵敏度 和良好的气密性、耐腐蚀性、耐热性及耐低温等。 通常用皮革，橡胶及塑料等材料制成
发生故障→ P出口增加→达到备用调压器设定压 力→备用调压器运行
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调压器的并联装置
状态:备用全关 设定压力：P备用<P正常（压力区别非常小） 发生故障→P出口增加→达到切断阀允许压力→切断→ P出口降低→达到备用调压器设定压力→备用调压器打开
二、调压站的分类和选址 分类
按使用性质分 区域调压站 箱式调压装置 专用调压站 高中压调压站 按调节压力分 高低压调压站 中低压调压站
特别是测量滞后性和传送滞后性
4、干扰的特性
第9章 燃气的压力调节及计量
9.1 燃气压力调节过程
9.2 调压器的调节元件及敏感元件 9.3 燃气调压器 9.4 燃气调压站 9.5 燃气的计量
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9.2
调节器的调节元件及敏感元件
一、调节元件 1、单双座阀门优缺点
Wg Pout F film ( Pin Pout )Fvalve 0
9.3
一、调压器分类
直接作用式
燃气调压器
敏感元件和传动装置受力元件 间接作用式 区域调压器 专用调压器 用户调压器 浮筒式 高高压 高中压 高低压
重块薄膜式 弹簧薄膜式
薄膜式
前调压器和后调压器
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二、直接作用式调压器 1、
家用液化石油气调压器
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4 自力式调压器
直接调压器和间接调压器比较
调节精度低； 联接管道管径小； 流量较小、进出口压力范围较窄。
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9.4
燃气调压站
一、调压站的组成及其装置 调压器 阀门：调压器、过滤器检修或发生事故时切断燃气 过滤器：固体悬浮物积存，妨碍调压器和安全阀的阀芯
地上调压站
按建筑形式分 地下调压站
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选址
（1）当地上条件受限，进口压力不大于0.4MPa， 可设置在地下构筑物内；气态液化石油气调压装置 除外，密度比空气大泄露不易排出 （2）地上调压站尽可能避开城市繁华街道，设在居民 区的街坊、或广场、公园等地。 （3）力求布置在负荷中心或接近大用户处
调压器的计算流量：管网计算流量的1.2倍 调压器的压力降：调压器前燃气管道的最低压力 和调压器后燃气管道所需压力差确定
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表9-1 国产TZY-40K型自力式调压器，调节阀门完全开启时 系数C值
公称直径 20 （mm） 阀口直径 10，12， （mm） 15，20 阀座形式 单座 25 25 32 32 40 40 50 50 80 80 100 100 150 150 单座, 双座 200 200 单座, 双座 450， 630
亚临界状态（P2/P1>vc ）
Q 0 Q 0 PP2 0 0 PP2
临界状态（P2/P1≤vc ）
Q 0 0.5Q 0 P1 0 0 PP2
流量：可能的最小压降和阀门完全开启条件下的最大流量 实际运行过程中，调压器阀门不易处在完全开启状态，以阀 瓣位移不超过最大行程90%为宜 调压器的计算流量（额定流量）与最大流量的关系
单座, 单座, 单座, 单座, 单座, 单座, 双座 双座 双座 双座 双座 双座 8， 10 12， 20， 16 25
系数C值
1.2，2.0， 3.2，5.0
32， 80， 120， 280， 40 100 160 400
例子
管道直径D=100mm，阀口直径Dv=100mm的调压器的最大通过 能力。 已知调节机构为双座直通阀，P1=0.32 MPa，P2=0.22 MPa， 密度ρ0=0.7kg/m3，绝热指数k=1.3，温度10℃。 • 解：（1）计算压力比值
y ymax 不能超过正常生产允许值
ess y g
（2）稳态偏差（静态偏差）（余差） 对燃气压力调节系统，余差和给定值的偏差通常5~15%
3、快速性
过渡过程时间（ts）
从扰动开始到被调参数又重新趋于稳定（新的平衡状 态）为止所经历的时间。 因为存在余差，所以y∞永远达不到g，允许有一个误差 范围Δ，通常取Δ=5%或3%
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三、影响过渡过程动特性的因素
1、调节对象的自行调整特性
在平衡条件破坏后，系统不依靠调压器，而在新的调节参数 上达到稳定的能力。 2、调节对象的容积系数：燃气管道增加单位压力所需的燃气量。 容积系数越小、干扰的变化越剧烈时，进行调节就越困难， 也越不易稳定。 3、由于各种惯性而产生的滞后
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燃气的计量
一、容积式流量计 二、速度式流量计 三、差压式流量计 四、质量流量计 五、组合式流量计
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9.5
燃气的计量
一、容积式流量计
膜式计量表：居民用户，燃气量不大的 商业用户和工业用户 湿式流量计：用在实验室中及校正民用燃气表
腰轮（罗茨）流量计:工业及大型公用 事业用户 椭圆齿轮流量计(液态液化石油气)
理论值 (9-16) ε：考虑密度变化的膨胀系数 经验值 图9-8 C是流通能力系数，可查表9-1
P P2 2 k 1 在临界状态时 2 0.91 P k 1 1 1 c P
k
Q0 5260C
PP1 0T1Z1
P P 1 c Q0 5260C c P 1 0T1Z1
两列错排的随流体运动的旋涡阵列，称为涡街。测
出旋涡剥离频率即可测出流速
超声流量计 传播速度法：测量超声波在流动的流体中，顺流 传播与逆流传播速度差得到被测流体的流速。 时差法：准确度最高，为了进一步提高精度， 多采用多声道超声流量计 相差法 频差法 多普勒法
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超声流量计 主要特点 解决了大管径、大流量测量困难的问题； 对介质几乎无要求 测量精度几乎不受被测流体温度、压力、密度、 粘度等参数的影响； 测量范围宽，一般可达20:1~100:1 价格较贵，只有在流量很大的情况下，由于贸易结 算需要才被选用
稳定的调节过程
不稳定的调节过程
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过渡过程的质量指标
1、稳定性
用衰减率Φ表示
• • • •
y1 y2 y 1 2 y1 y1
若Φ≤0，发散振荡 Φ=0，等幅振荡 0<Φ<1,衰减振荡，0.75~0.9合适 Φ=1，非周期过程
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பைடு நூலகம்015/11/11
2、准确性
（1）动态偏差（最大偏差）
Pout
W g Pin Fvalve F film Fvalve
优点：可靠切断供气
单座阀门
缺点：阀门两侧压力不同，受力不均衡 增加了调压器前压力变化对出口压力的影响 优点：阀门两侧压力相同，受力均衡 调压器入口压力对出口压力影响较小 缺点：不能保证关闭严密，因为温度变化时， 阀芯和阀座的胀缩情况可能不一致 两个阀座在加工和使用中磨损可能不均匀
三、差压式流量计：又称节流流量计
P2 P 0.22 2 k 1 2 0.688 c 0.91 0.497 P 0.32 k 1 1 1 c P
k
（2）查表C=160
（3）根据P2/P1，查图9-8，膨胀系数ε=0.842，取Z1=1
（4）调压器的最大通过能力 Q 5260C 0
N Fa P cFP
薄膜上的受力情况为：
N Wg
N —气体作用于薄膜上的力； Fa—薄膜的有效面积； P —作用于薄膜上的燃气压力； c—薄膜的有效系数； F —薄膜表面在其固定端的投影面积； Wg —重块的质量
当出口用气量增大或入口压力降低， 燃气出口压力降低，造成N<Wg，此 时薄膜下降，阀门开大，燃气流量增 加，压力恢复平衡 当出口用气量减少或入口压力增加， 燃气出口压力升高，造成N>Wg，此 时薄膜上升，阀门关小，燃气流量减 少，压力恢复平衡 自动调节系统
2、用户调压器
针对液化石油气减压阀 进行改进
三、间接作用式调压器 1、金属阀口轴流式调压器
指挥器和主调压器
P2
P3
1）平衡态 P3 P2 弹力 17
P2 弹力8
2）出口压力增加 3）出口压力降低
P1 P4 P3 P2
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2、橡胶套阀口轴流式调压器
3 雷诺式调压器
c 1 0.46
P 1 c P
P P2 1 P P 1 c 1 c 1 c
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根据待选的调压器的实验参数进行换算，选 取调压器是比较方便的 样本上： 0，P，P2 Q0 设计工况下：0，P，P2 Q0 ?
和阀座的配合，压损不超过10kPa
安全阀：安全切断阀和安全放散阀 安全装置： 监视器装置：调压器的串联 调压器的并联装置 旁通管：保证调压器检修时不间断供气 •测量仪表：判断各种装置及设备工作是否正常 进口：指示式压力计，出口：记录式压力计
监视器装置
状态:备用全开
设定压力：P备用>P正常（压力区别非常小）
二、压力自动调节系统的过渡过程
静态：用气量及进口压力保持不变（无干扰）
动态：用气量及进口压力改变，干扰发生，经过调节， 系统重新建立平衡，在这段时间中整个系统各个环节 的参数都处于变动之中，这种状态称为动态。 过渡过程：系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡 状态的过程
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动特性：突然干扰（阶跃变化）作用下的 过渡过程曲线描述
双座阀门
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2、阀门流量特性曲线 反应阀门流量和开启程度的关系
相 对 通 过 能 力
压降为定值 理想特性曲线
相对开启程度
二、调节元件计算
1.当ΔP/P1≤0.08,忽略燃气压缩性，误差不大于2.5%；
Q 509 F0 P
0
Q ：燃气的体积流量，m3/h； F0 ：阀口面积，cm2,； ζ0：对应于阀口面积的阻力系数； ΔP ：调压阀的压降，MPa
回转式流量计：
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二、速度式流量计
涡轮流量计 基本原理：流体以某种速度流过仪表时，使叶轮旋 转，在一定范围内叶轮的转速与流体的流速成正比 涡街流量计 旋进旋涡流量计 超声流量计
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涡街式流量计：属于流体振荡型仪表 基本原理：流体绕流于断面为非流线型物体时，此 物体两侧交替产生旋涡，旋涡体长大至一定程度就 被流体推动，离开物体向下游运动，在尾流中产生
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第9章 燃气的压力调节及计量
第9章 燃气的压力调节及计量
9.1 燃气压力调节过程 9.2 调压器的调节机构和传动装置 9.3 燃气调压器 9.4 燃气调压站 9.5 燃气的计量
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9.1
燃气压力调节过程
一、调压器的工作原理
燃气输配系统中，调压器的作用是将较高的压力调节到较低的压力。 气体作用于薄膜上的力：
引入流通能力系数C：密度1000kg/m3，压降0.0981MPa，流 经调节阀门的小时流量 F Q C 5.04 0 0
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2.当ΔP/P1>0.08,考虑燃气压缩性 将燃气经过阀门的流动看作孔口出流
Q0 5260C PP1 0T1Z1
Q0 m3/h,ΔP P1 MPa
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调压器自动调节系统方块图
偏差信号 干扰 位移信号 调节作用
给定值
传动装置 (阀杆)
调节机构 (节流阀) 测量元件
调节对象
被调参数
测量值
(薄膜) 按给定值特点分类
调节对象：与调压器出口连接的燃气管道 被调参数：调压器出口压力 干扰：用气量及进口压力的改变
1、定值调节系统 调压器出口压力为定值 2、程序调节系统 调压器出口按月调节 3、随动调节系统 调压器出口压力随负荷变化调节
PP1 9006 m3 / h 0T1Z1
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三、敏感元件（薄膜）
感测燃气出口压力的变化，并将其与给定值比较， 从而驱动传动装置，带动调节元件调节调压器出口压 力
1、薄膜有效系数
随着弯曲程度（挠度）的不同，有效系数也不同 挠度越大，有效系数越小 2、薄膜特性 应具有一定的强度和耐久性能、有较高的灵敏度 和良好的气密性、耐腐蚀性、耐热性及耐低温等。 通常用皮革，橡胶及塑料等材料制成
发生故障→ P出口增加→达到备用调压器设定压 力→备用调压器运行
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调压器的并联装置
状态:备用全关 设定压力：P备用<P正常（压力区别非常小） 发生故障→P出口增加→达到切断阀允许压力→切断→ P出口降低→达到备用调压器设定压力→备用调压器打开
二、调压站的分类和选址 分类
按使用性质分 区域调压站 箱式调压装置 专用调压站 高中压调压站 按调节压力分 高低压调压站 中低压调压站
特别是测量滞后性和传送滞后性
4、干扰的特性
第9章 燃气的压力调节及计量
9.1 燃气压力调节过程
9.2 调压器的调节元件及敏感元件 9.3 燃气调压器 9.4 燃气调压站 9.5 燃气的计量
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9.2
调节器的调节元件及敏感元件
一、调节元件 1、单双座阀门优缺点
Wg Pout F film ( Pin Pout )Fvalve 0
9.3
一、调压器分类
直接作用式
燃气调压器
敏感元件和传动装置受力元件 间接作用式 区域调压器 专用调压器 用户调压器 浮筒式 高高压 高中压 高低压
重块薄膜式 弹簧薄膜式
薄膜式
前调压器和后调压器
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二、直接作用式调压器 1、
家用液化石油气调压器
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4 自力式调压器
直接调压器和间接调压器比较
调节精度低； 联接管道管径小； 流量较小、进出口压力范围较窄。
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9.4
燃气调压站
一、调压站的组成及其装置 调压器 阀门：调压器、过滤器检修或发生事故时切断燃气 过滤器：固体悬浮物积存，妨碍调压器和安全阀的阀芯
地上调压站
按建筑形式分 地下调压站
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选址
（1）当地上条件受限，进口压力不大于0.4MPa， 可设置在地下构筑物内；气态液化石油气调压装置 除外，密度比空气大泄露不易排出 （2）地上调压站尽可能避开城市繁华街道，设在居民 区的街坊、或广场、公园等地。 （3）力求布置在负荷中心或接近大用户处