燃气输配系统压力调节
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第九章 燃气输配系统压力调节 燃气调压器工作原理 调压器的调节机构及传动装置 燃气调压器及调压室
1
பைடு நூலகம்
第一节 燃气调压器工作原理
一、调压器的作用
调压器（pressure regulators）主要功能： 将输气管网的压力调节到下一级管网或用户所需要 的压力 将调节后的压力保持稳定。 设置位置 气源厂、燃气压送站、分配站、储罐站、输配管网 和用户处 在燃气输配系统中，是降压设备。
14
计算公式： C —流通能力系数；
PP 1 Q 0 5260C 0 T1 Z1
ε—考虑了燃气流经节流机构时密度变化的膨胀系数。
公式中各参数的单位：Q0为m3/h，ΔP及P1采用MPa。
公式推导中认为流动是绝热的，由热量交换所带来的误差利 用ε予以补偿，因此实际应用中，ε通常不采用理论计算公式 计算，而是采用实验数据。（图9-7）
②当出口处用气量减少或入口处压力增加时， 燃气出口压力P升高，造成N>Wg，薄膜上升，带动阀门使开 度减小，燃气流量减少，使压力恢复到原来的数值。
5
敏感元件（薄膜、导压管等） 给定压力部件 重块、弹簧或直接作用在薄 膜上的气体压力 与被控压力作用方向相反 可调节流阀
提升阀、滑动阀、活塞阀、 蝶阀、旋塞阀等。
指挥器组合可形成不同形式的产品。
21
2、按进、出口压力分类 高中压调压器：通常用在门站、配气站、三级系统的高中 压管网以及某些工业用户；
高低压调压器：用在城市的高低压管网；
中低压调压器：用在城市的中低压管网，目前我国应用最 多。 另外，还有高—高压、中—中压、低—低压调压器。
22
3、按用途或使用对象分类 （1）区域调压器 区域性用气调压之用。高中、高低、中低调压器均可作 为区域调压器；流量较大。 （2）专用调压器 为工业用户、公用事业用户专用的调压室，高中、高低、 中低调压器均可作为专用调压器。 （3）用户调压器 给一些集体食堂、小型公共建筑或者是居民点供应燃气， 供气量小，可将用户和中压管道连接起来，便于进行楼栋 调压。
19
根据作用在薄膜的给定压力部件，直接作用式调压器可分为三 种形式：重块式、弹簧式和压力作用式。 ①重块式 出口压力难以调节，一般用于出口为低压的配气系统。 ②弹簧式 用弹簧代替重块，调节弹簧调节螺栓即可增加或缩小给定压 力值，可调进出口压力范围较大。 以上两种调压器都不适用于高的出口压力 ③压力作用式调压器 给定压力由薄膜上方小室内的压力确定，可以使用于较高的出 口压力。 20
2
二、调压器的工作原理
薄膜是一个受力元件，既受到重块的作用力，又受到下面气体 的作用力，当受力不平衡时，薄膜可带动阀杆上下移动，从而 改变阀门的开度。
1、气体作用于薄膜上 的力
N Fa P cFP
式中 N—气体作用于薄膜上的移动力；
Fa—薄膜有效面积；
P—作用于薄膜上的燃气压力； c—薄膜的有效系数；
单座阀
8
9
1、单座阀的特点 （1）关闭严密 （2）阀门受力不平衡 2、双座阀的特点 （1）受力平衡 （2）关闭不严密
10
二、调节机构（调压器）通过能力的计算
1、影响调压器通过能力的因素 取决于调压器前后压力降、调压器的阻力系数以及气体的性质。
Q c b
临界压力比：
Qmax
P2 2 vc P k 1 1 c
气体管道过滤器
填料：马鬃、长玻璃丝、金属丝网等 过滤器前后应设置压差计，根据测得的压 力降判断过滤器的堵塞情况
33
在长距离的天然气输气起点站、中间站、分气站和门站，应选 用重力式及旋风分离器。允许压降较大时，可选用旋风式；允 许压降较小时，可选用重力式。
天然气门站及城市环网系统中的各级调压室，当进口压力小于 1.2MPa时，一般选用气体管道过滤器。
区域调压室
专用调压室
箱式调压装置
42
１、区域调压室
通常布置成一字形，有时也可布置成∏形及L形。 在区域调压室内不必设置流量计。 调压室净高通常为 3.2~3.5m ，主要通道的宽度及每两台调压 器之间的净距不小于lm。 调压室的屋顶应有泄压设施，房门应向外开。 调压室应有自然通风和自然采光。 室内温度一般不低于0℃。 室内电器设备应采取防爆措施。
23
4、按设置方式分类 地上调压器：采用最多的方式，其便于操作、检修和维护 管理，同时也比较安全；
地下调压器：操作、检修和维护管理均不方便，一旦出现
事故，将危及地上较大范围的建筑物和人身安全，因此这 种方式目前很少采用。
24
二、我国常用调压器
1、液化石油气减压阀 性能参数 进口压力： 20～1000kPa； 0.5 出口压力： 2.8 0.3 KPa 关闭压力： 3.5kPa 使用温度： -20～+50℃
调压器工作原理图
6
5、调压器自调系统
偏差信号 位移信号 干扰 被调参数 调节机构 调节对象 调节作用
给定值
传动装置
测量元件
自调系统中任何一个信号沿着箭头前进，最后又回到原来的起 点，从信号的角度来说，该图是一个闭合的回路，所以叫做闭 环系统 。
7
第二节 调压器的调节机构及计算
一、调节机构
可以采用各种形式的阀门，按阀门的结构可以分为单座阀及 双座阀。
26
2、用户调压器 适用范围
集体食堂 饮食服务业 用量不大的工业用户 居民点 可以将用户与中压管道连接起来，进行楼栋调压。
27
28
3、雷诺式调压器
间接作用式调压器
主要用作区域调压及大用户专用调压
属于中低压调压器
29
30
三、调压室的组成及其装置
调压室 调压器 阀门 过滤器 安全装置 旁通管 测量仪表等 调压计量站 还装有计量设备
2 0.91 k 1 c
c —临界状态时的膨胀系数。
16
（3）与实验参数的换算
, 0 表示，此时的流量为Q 实验调压器时所用的参数用 P, P2 0
实际参数用 P, P2 , 0 表示，流量为 Q0 ①亚临界状态
PP2 0 Q 0 Q 0 0 PP2
Q P 1.2Q
∴
Q0 1.38 ~ 1.44Q
18
第三节 燃气调压器及调压室
一、调压器的分类 1、按作用原理，即敏感元件（指探测调压器出口压力变化的 元件）与传动装置的受力元件的关系分类 （1）直接作用式
只依靠敏感元件(薄膜)所感受的出口压力的变化移动调节阀 门进行调节。敏感元件就是传动装置的受力元件。使调节阀 门移动的能源是被调介质。
管网压力流量调节通过手动调节旁通管上阀门实现 根据燃气最低的进口压力和需要的出口压力以及管 网的最大负荷进行计算
选择旁通管管径
旁通管的管径通常比调压器出口管的管径小2~3号
39
调压器旁通管的最小管径
调压器管径（mm）
75 150 200 300
旁通管管径（mm）
50 100 100 150
调压器工作原理图
3
F—薄膜表面积在其固定端的投影面积。
2、重块作用于薄膜上 的力 重块的重量，以符 号Wg表示。 3、薄膜的平衡条件
N Wg
调压器工作原理图
4
4、调压器的工作过程 ① 出口处的用气量增加或入口处压力降低时， 燃气出口压力降低，造成N<Wg，失去平衡。薄膜下降，使阀 门开大，燃气流量增加，使压力恢复平衡状态。
0 0 P P2
17
②临界状态
Q 0 0 .5 Q 0 P1
（4）选择调压器的额定流量
以上所得流量是阀门完全开启时的最大流量。但在实际运行时，
阀芯的位移不超过最大行程的90%为宜。此时调压器的额定流
量Q0与计算流量Qp之间的关系：
Q0 1.15 ~ 1.2Qp
调压器计算流量一般按其承担管网计算流量的1.2倍确定，即
34
３、安全装置
原因
负荷为零而调压器阀门关闭不严 调压器中薄膜破裂或调节系统失灵时
出口压力突然增高
会危及设备的正常工作
甚至会对公共安全造成危害。 安全阀、监视器装置和调压器并联装置
35
防止出口压力过高的安全装置
安全阀
安全切断阀
当出口压力超过允许值时，自动切断燃气通路的阀门。 当出口压力出现异常但尚没有超过允许范围前开启阀门 放散。不切断管路，能保持不间断供气。
W2 气体通过调压器时压力降的计算公式： P 2
计算流量公式： Q WF F
2P
12
F是管道断面的面积，ζ是对应于管道断面积的阻力系数。
Q 509
F
P
Q为m3/h，F为cm2，ΔP为MPa，ρ为kg/m3 。
流通能力系数C 含义：表示产品的指标 ；
定义：在ΔP=0.0981MPa，ρ=1000kg/m3时，流经调节阀门的小 时流量。 5.04F QC 表达式：
40
5、测量仪表
安装目的
判断各种装置及设备工作是否正常，主要是压力表。
入口安装指示式压力计 出口安装自记式压力计
自动记录调压器出口瞬时压力，以便监视调压器的工 作状况。
用户及专用调压室通常还安装流量计
41
四、调压室的内部布置
要便于管理及维修，设备布置要紧凑，管道及辅助管 线力求简短。
15
P2 P2 c ②临界状态，即： P1 P1 c
最大通过能力计算公式：
Q 0 5260C c P1
c
k k 1
P ( )c P1 0 T1 Z1
式中：
P P2 P 1- P 1 c 1 P2 P 1
（2）间接作用式
敏感元件与调节机构分离，敏感元件探测燃气出口压力的
变化；将信号传递给指挥（操纵）机构，接通能源（外部能 源或被调介质）使调节阀门移动。
一般包括指挥器和主调压器两部分。 间接作用式调压器的灵敏度比直接作用式调压器的灵敏度高。 多用于流量较大的区域调压站中。 相同的指挥器和不同的主调压器或相同的主调压器和不同的
25
作用过程 用户用气量增加，引起出口压力降低，作用在薄膜上的力降低， 弹簧伸长将横轴拉向左方，阀口增大，通过的流量增加。反之 亦然。 存在问题 当流量增加到一定程度时，弹簧伸长，弹簧力减弱； 流量增加，薄膜挠度减小，有效作用面积增大； 进口气流直接冲击薄膜，抵消掉部分弹簧力。
所有这些都使得在流量增加时，出口压力不能保持稳定， 而是偏低。 思考：直接作用式间接作用式？
43
44
2、专用调压室
专用调压器要安装 流量计。 选用能够关闭严密 的单座阀调压器。
安全装置应选用安 全切断阀。压力过 高、过低都要切断 燃气通路。
31
１、阀门
进出口——检修调压器、过滤器以及停用调压器时切 断气源 距调压室10m以外进出口管道应设置切断阀门
常开 当调压室发生事故或大修时，不必接近调压室即可 切断气源，防止事故蔓延。
旁通
32
２、过滤器
目的：消除燃气中的固体悬浮物 位置：调压器入口 种类：
重力式分离器（一般只能分离粒径大于20~30μm） 离心式旋风分离器（分离粒径可至10μm）
k k 1
k为绝热指数。对于天然气，k=1.3，vc=0.548 当P2/P1>vc时，为亚临界状态； 当P2/P1≤vc时，为临界流动状态。
P2/P1
11
a Pc/P1
1
2、调压器通过能力的计算
P / P1 0.08 P / P1 0.08
忽略燃气的压缩性 考虑压缩性
（1）对于不可压缩流体
安全放散阀
水封式、重块式、弹簧式
36
监视器装置
备用调压器2设计出口压力略高于调压器3
37
调压器并联装置
正常工作调压器的给定出口压力略高于备用调压器的给定出口压 力。 备用线路上安全切断阀的动作压力应略高于正常工作线路上安全 切断阀的动作压力。 38
４、旁通管
保证调压器维修时不间断供气。 燃气通过旁通管供给用户
C值越大，表明相同条件下调压器的通过能力越大。 C与流通断面和阻力系数有关，已知C可求出阻力系数； 已知阻力系数也可求出C值。
13
（2）对于可压缩流体的计算 把燃气经过阀门的流动类似于渐缩喷管，计算时根据调压器 前后压力比分为两种情况。 ①亚临界状态，即：
P2 P2 c P1 P1 c
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பைடு நூலகம்
第一节 燃气调压器工作原理
一、调压器的作用
调压器（pressure regulators）主要功能： 将输气管网的压力调节到下一级管网或用户所需要 的压力 将调节后的压力保持稳定。 设置位置 气源厂、燃气压送站、分配站、储罐站、输配管网 和用户处 在燃气输配系统中，是降压设备。
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计算公式： C —流通能力系数；
PP 1 Q 0 5260C 0 T1 Z1
ε—考虑了燃气流经节流机构时密度变化的膨胀系数。
公式中各参数的单位：Q0为m3/h，ΔP及P1采用MPa。
公式推导中认为流动是绝热的，由热量交换所带来的误差利 用ε予以补偿，因此实际应用中，ε通常不采用理论计算公式 计算，而是采用实验数据。（图9-7）
②当出口处用气量减少或入口处压力增加时， 燃气出口压力P升高，造成N>Wg，薄膜上升，带动阀门使开 度减小，燃气流量减少，使压力恢复到原来的数值。
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敏感元件（薄膜、导压管等） 给定压力部件 重块、弹簧或直接作用在薄 膜上的气体压力 与被控压力作用方向相反 可调节流阀
提升阀、滑动阀、活塞阀、 蝶阀、旋塞阀等。
指挥器组合可形成不同形式的产品。
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2、按进、出口压力分类 高中压调压器：通常用在门站、配气站、三级系统的高中 压管网以及某些工业用户；
高低压调压器：用在城市的高低压管网；
中低压调压器：用在城市的中低压管网，目前我国应用最 多。 另外，还有高—高压、中—中压、低—低压调压器。
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3、按用途或使用对象分类 （1）区域调压器 区域性用气调压之用。高中、高低、中低调压器均可作 为区域调压器；流量较大。 （2）专用调压器 为工业用户、公用事业用户专用的调压室，高中、高低、 中低调压器均可作为专用调压器。 （3）用户调压器 给一些集体食堂、小型公共建筑或者是居民点供应燃气， 供气量小，可将用户和中压管道连接起来，便于进行楼栋 调压。
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根据作用在薄膜的给定压力部件，直接作用式调压器可分为三 种形式：重块式、弹簧式和压力作用式。 ①重块式 出口压力难以调节，一般用于出口为低压的配气系统。 ②弹簧式 用弹簧代替重块，调节弹簧调节螺栓即可增加或缩小给定压 力值，可调进出口压力范围较大。 以上两种调压器都不适用于高的出口压力 ③压力作用式调压器 给定压力由薄膜上方小室内的压力确定，可以使用于较高的出 口压力。 20
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二、调压器的工作原理
薄膜是一个受力元件，既受到重块的作用力，又受到下面气体 的作用力，当受力不平衡时，薄膜可带动阀杆上下移动，从而 改变阀门的开度。
1、气体作用于薄膜上 的力
N Fa P cFP
式中 N—气体作用于薄膜上的移动力；
Fa—薄膜有效面积；
P—作用于薄膜上的燃气压力； c—薄膜的有效系数；
单座阀
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1、单座阀的特点 （1）关闭严密 （2）阀门受力不平衡 2、双座阀的特点 （1）受力平衡 （2）关闭不严密
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二、调节机构（调压器）通过能力的计算
1、影响调压器通过能力的因素 取决于调压器前后压力降、调压器的阻力系数以及气体的性质。
Q c b
临界压力比：
Qmax
P2 2 vc P k 1 1 c
气体管道过滤器
填料：马鬃、长玻璃丝、金属丝网等 过滤器前后应设置压差计，根据测得的压 力降判断过滤器的堵塞情况
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在长距离的天然气输气起点站、中间站、分气站和门站，应选 用重力式及旋风分离器。允许压降较大时，可选用旋风式；允 许压降较小时，可选用重力式。
天然气门站及城市环网系统中的各级调压室，当进口压力小于 1.2MPa时，一般选用气体管道过滤器。
区域调压室
专用调压室
箱式调压装置
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１、区域调压室
通常布置成一字形，有时也可布置成∏形及L形。 在区域调压室内不必设置流量计。 调压室净高通常为 3.2~3.5m ，主要通道的宽度及每两台调压 器之间的净距不小于lm。 调压室的屋顶应有泄压设施，房门应向外开。 调压室应有自然通风和自然采光。 室内温度一般不低于0℃。 室内电器设备应采取防爆措施。
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4、按设置方式分类 地上调压器：采用最多的方式，其便于操作、检修和维护 管理，同时也比较安全；
地下调压器：操作、检修和维护管理均不方便，一旦出现
事故，将危及地上较大范围的建筑物和人身安全，因此这 种方式目前很少采用。
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二、我国常用调压器
1、液化石油气减压阀 性能参数 进口压力： 20～1000kPa； 0.5 出口压力： 2.8 0.3 KPa 关闭压力： 3.5kPa 使用温度： -20～+50℃
调压器工作原理图
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5、调压器自调系统
偏差信号 位移信号 干扰 被调参数 调节机构 调节对象 调节作用
给定值
传动装置
测量元件
自调系统中任何一个信号沿着箭头前进，最后又回到原来的起 点，从信号的角度来说，该图是一个闭合的回路，所以叫做闭 环系统 。
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第二节 调压器的调节机构及计算
一、调节机构
可以采用各种形式的阀门，按阀门的结构可以分为单座阀及 双座阀。
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2、用户调压器 适用范围
集体食堂 饮食服务业 用量不大的工业用户 居民点 可以将用户与中压管道连接起来，进行楼栋调压。
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3、雷诺式调压器
间接作用式调压器
主要用作区域调压及大用户专用调压
属于中低压调压器
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三、调压室的组成及其装置
调压室 调压器 阀门 过滤器 安全装置 旁通管 测量仪表等 调压计量站 还装有计量设备
2 0.91 k 1 c
c —临界状态时的膨胀系数。
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（3）与实验参数的换算
, 0 表示，此时的流量为Q 实验调压器时所用的参数用 P, P2 0
实际参数用 P, P2 , 0 表示，流量为 Q0 ①亚临界状态
PP2 0 Q 0 Q 0 0 PP2
Q P 1.2Q
∴
Q0 1.38 ~ 1.44Q
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第三节 燃气调压器及调压室
一、调压器的分类 1、按作用原理，即敏感元件（指探测调压器出口压力变化的 元件）与传动装置的受力元件的关系分类 （1）直接作用式
只依靠敏感元件(薄膜)所感受的出口压力的变化移动调节阀 门进行调节。敏感元件就是传动装置的受力元件。使调节阀 门移动的能源是被调介质。
管网压力流量调节通过手动调节旁通管上阀门实现 根据燃气最低的进口压力和需要的出口压力以及管 网的最大负荷进行计算
选择旁通管管径
旁通管的管径通常比调压器出口管的管径小2~3号
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调压器旁通管的最小管径
调压器管径（mm）
75 150 200 300
旁通管管径（mm）
50 100 100 150
调压器工作原理图
3
F—薄膜表面积在其固定端的投影面积。
2、重块作用于薄膜上 的力 重块的重量，以符 号Wg表示。 3、薄膜的平衡条件
N Wg
调压器工作原理图
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4、调压器的工作过程 ① 出口处的用气量增加或入口处压力降低时， 燃气出口压力降低，造成N<Wg，失去平衡。薄膜下降，使阀 门开大，燃气流量增加，使压力恢复平衡状态。
0 0 P P2
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②临界状态
Q 0 0 .5 Q 0 P1
（4）选择调压器的额定流量
以上所得流量是阀门完全开启时的最大流量。但在实际运行时，
阀芯的位移不超过最大行程的90%为宜。此时调压器的额定流
量Q0与计算流量Qp之间的关系：
Q0 1.15 ~ 1.2Qp
调压器计算流量一般按其承担管网计算流量的1.2倍确定，即
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３、安全装置
原因
负荷为零而调压器阀门关闭不严 调压器中薄膜破裂或调节系统失灵时
出口压力突然增高
会危及设备的正常工作
甚至会对公共安全造成危害。 安全阀、监视器装置和调压器并联装置
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防止出口压力过高的安全装置
安全阀
安全切断阀
当出口压力超过允许值时，自动切断燃气通路的阀门。 当出口压力出现异常但尚没有超过允许范围前开启阀门 放散。不切断管路，能保持不间断供气。
W2 气体通过调压器时压力降的计算公式： P 2
计算流量公式： Q WF F
2P
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F是管道断面的面积，ζ是对应于管道断面积的阻力系数。
Q 509
F
P
Q为m3/h，F为cm2，ΔP为MPa，ρ为kg/m3 。
流通能力系数C 含义：表示产品的指标 ；
定义：在ΔP=0.0981MPa，ρ=1000kg/m3时，流经调节阀门的小 时流量。 5.04F QC 表达式：
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5、测量仪表
安装目的
判断各种装置及设备工作是否正常，主要是压力表。
入口安装指示式压力计 出口安装自记式压力计
自动记录调压器出口瞬时压力，以便监视调压器的工 作状况。
用户及专用调压室通常还安装流量计
41
四、调压室的内部布置
要便于管理及维修，设备布置要紧凑，管道及辅助管 线力求简短。
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P2 P2 c ②临界状态，即： P1 P1 c
最大通过能力计算公式：
Q 0 5260C c P1
c
k k 1
P ( )c P1 0 T1 Z1
式中：
P P2 P 1- P 1 c 1 P2 P 1
（2）间接作用式
敏感元件与调节机构分离，敏感元件探测燃气出口压力的
变化；将信号传递给指挥（操纵）机构，接通能源（外部能 源或被调介质）使调节阀门移动。
一般包括指挥器和主调压器两部分。 间接作用式调压器的灵敏度比直接作用式调压器的灵敏度高。 多用于流量较大的区域调压站中。 相同的指挥器和不同的主调压器或相同的主调压器和不同的
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作用过程 用户用气量增加，引起出口压力降低，作用在薄膜上的力降低， 弹簧伸长将横轴拉向左方，阀口增大，通过的流量增加。反之 亦然。 存在问题 当流量增加到一定程度时，弹簧伸长，弹簧力减弱； 流量增加，薄膜挠度减小，有效作用面积增大； 进口气流直接冲击薄膜，抵消掉部分弹簧力。
所有这些都使得在流量增加时，出口压力不能保持稳定， 而是偏低。 思考：直接作用式间接作用式？
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2、专用调压室
专用调压器要安装 流量计。 选用能够关闭严密 的单座阀调压器。
安全装置应选用安 全切断阀。压力过 高、过低都要切断 燃气通路。
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１、阀门
进出口——检修调压器、过滤器以及停用调压器时切 断气源 距调压室10m以外进出口管道应设置切断阀门
常开 当调压室发生事故或大修时，不必接近调压室即可 切断气源，防止事故蔓延。
旁通
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２、过滤器
目的：消除燃气中的固体悬浮物 位置：调压器入口 种类：
重力式分离器（一般只能分离粒径大于20~30μm） 离心式旋风分离器（分离粒径可至10μm）
k k 1
k为绝热指数。对于天然气，k=1.3，vc=0.548 当P2/P1>vc时，为亚临界状态； 当P2/P1≤vc时，为临界流动状态。
P2/P1
11
a Pc/P1
1
2、调压器通过能力的计算
P / P1 0.08 P / P1 0.08
忽略燃气的压缩性 考虑压缩性
（1）对于不可压缩流体
安全放散阀
水封式、重块式、弹簧式
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监视器装置
备用调压器2设计出口压力略高于调压器3
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调压器并联装置
正常工作调压器的给定出口压力略高于备用调压器的给定出口压 力。 备用线路上安全切断阀的动作压力应略高于正常工作线路上安全 切断阀的动作压力。 38
４、旁通管
保证调压器维修时不间断供气。 燃气通过旁通管供给用户
C值越大，表明相同条件下调压器的通过能力越大。 C与流通断面和阻力系数有关，已知C可求出阻力系数； 已知阻力系数也可求出C值。
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（2）对于可压缩流体的计算 把燃气经过阀门的流动类似于渐缩喷管，计算时根据调压器 前后压力比分为两种情况。 ①亚临界状态，即：
P2 P2 c P1 P1 c