燃气调压器工作原理及性能要求

•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器力平衡分析
•调节弹簧有利于消除钟摆，尽快达成新的平衡
•与大气连通
•皮膜面积 = 10 In2
•Pe = 100 Psig
•Pa = 10 Psig
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器力平衡分析
•皮膜
•FS
•FS = (K)(X)
•皮膜
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器力平衡分析
•1 Inches
•FS = 90 Lb •FD = 90 Lb
•Pe = 100 Psig
•Pa = 9 Psig
•Q = 200 SCFH
•.1’’
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器压力特性
•11
•P2 •Psig
•10 •9 •8
•+ •= •+
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器力平衡分析
•调压器皮膜的受力处于平衡状态
•皮膜
•Fw=100Lb •FD=100Lb
•100 Lb
•Pe = 100 Psig
•皮膜面积 = 10 In2 •Pa = 10 Psig
•FD = (P2)(AD) = (10 Psig)(10 In2) = 100 Lb
• 出口压力范围受限制 • 10% - 20% 的压力偏移
•向上的作用力：
•+
•出口压力X皮膜截面积 + 出口压
力X阀口截面积
•最大出口压力 …… 最大的向上的作用力能够平 衡掉由弹簧和入口压力X阀口截面积产生的向下的 作用力 ……
•弹簧的作用力受限于弹簧规格 ……. 同时 ，皮膜的直径是不可变得 …...
•因此，直接作用是调压器的出口设定压 力范围是受限制的
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 正作用式
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 反作用式
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
•■ 优点 • - 结构简单 • - 响应速度快 • - 成本低
•■ 缺点 • - 调压精度较低 • - 压力控制范围窄 • - 流通能力较小 • - 由于受皮膜尺寸的限制，难以做到大规格的阀体
•FD
•FD = (P2)(AD)
•FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb •K = 弹性系数 = 使弹簧的高度压缩或拉升1inch所需要的力
•调压器基本原理
• –Байду номын сангаас直接作用式调压器
• 调压器力平衡分析
•皮膜
•FS •FD
•皮膜•FS = (K)(X) •FD = (P2)(AD)
•FS = FD
•FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb •Fs = (50 Lb/in)(X) = 100 Lb •X = 2 Inches 压缩量
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器压力特性 •使用轻型弹簧
•2 Inches
•FS = 100 Lb •FD = 100 Lb
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器的五个基本元件
•负载元件（弹簧或指挥器） •感应元件（皮膜） •作用元件（阀瓣/阀口）
•围护元件（阀体）
•橡胶软阀 座
•阀塞
•信号元件（连接下 游管道的信号管）
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 作用元件 （阀瓣 / 阀口）
•作用元件（阀瓣/阀口）在感应元件的驱动下，对气体给出可变的约束。阀口的开度 基于调压器下游燃气的需求量，当下游有用气需求时，阀口打开；当下游用气需求为 零时，阀口关闭。
• 为什么需要调压器
- 理想的燃气供应系统将气体从井口输送到最终用户不需要调压器； - 这样的理想供应系统得以维持的条件是用户需求恒定，矿井的供给能力恒定，同时 两者之间是一致的； - 这样的系统实际上不可能存在，为此，相应的装置-调压器-应运而生。
• 调压器的功用
•调压器最大的功用是保持燃气在使用时有稳定的压力，从而保证燃气用具得到稳定的 燃空比（燃气与空气的配合比例）；燃气供应系统中使用调压器将气体压力降低并稳 定在一个能够使气体得到安全、经济和高效利用的适当水平上。
•流速 •Out
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 取压点对压力控制精度的影响
•11
•P2
•10
•Psig •9
•8
•Boost •理想的压力曲线
•No boost •P1 = 100 psig
•0-50
•200 •300 •400 •500 •Flow scfh
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
•理想的压力曲线
•实际的压力曲线 •P1 = 100 psig •临界流量 •500
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 压力信号取样点
•Pe = 100 Psig
•Pa = 10 Psig
•P1 = 100 Psig
•流速 •In
•取压点
•P2 = 10 Psig
•Vena Contracta（静脉曲张）
• 调压器的受力平衡（直接作用式调压器）
•向下的作用力： •弹簧力 + 入口压力X阀口截面积
•+ •向上的作用力：
•出口压力X皮膜截面积 + 出口压 力X阀口截面积
•连接到下游管道的信号管
•向下的力和向上的力的处于平衡状态 的要求 ---> 燃气需求量的变化决定 下游管网压力的变化 ---> 向上的力 的增大或减小 ---> 阀口开度的变化
•1 Inches
•Pe = 100 Psig
•Pa = 10 Psig
•Q = 50 SCFH
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器力平衡分析
•FS •FD
•FS = (K)(X) •FD = (P2)(AD)
•FS = FD
•FD = (9 Psig)(102) = 90 Lb •Fs = (100 Lb/In)(X) = 90 Lb •K = .9 Inch 压缩量 •弹簧高度回复量 = 1-.9 = .1 Inch •因此皮膜向下移动 .1 Inch
•调压器基本原理
•调压器的功用是当入口气体压力和流过的气体流量发生变化时，保持出 口压力的稳定。
•入口压力 •不断变化的管网压力
•调压器
•出口压力
•不断变化的气体消耗 量
•调压器基本原理
• 直接作用式调压器
•调压器的设计取决于对其技术特性的定义，通常要 考虑到以下特性： - 压降及导致压降的原因 - 盲区或调压器如何关闭 - 临界流量及其与调压气供气能力的关系 - 动作方式及其与调压精度的关系
•理想的调压器：出口压力不随流量的变化而改变 •理想的压力曲线
•实际的压力曲线
•P1 = 100 psig
•0 50
•200 •300 •流量 scfh
•500
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器压力特性 •使用轻型弹簧
•FS •FD
•FS = (K)(X) •FD = (P2)(AD)
•FD1 •A = 11 In.2
•FD2
•当 P2 降至 9 时
•FD = •FD = •FD2 =
P2 x A 10 x 10 - 100 Lb
9 x 11 = 99 Lb
•弹簧的作用力仅改变 1 Lb •因此阀口的移动量很小
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器关闭压力
• - 达成完全关闭的压力； • - 零流量时的压力。
燃气调压器工作原理及 性能要求
2020年6月2日星期二
•目录
• 在此我们将讨论
ℵ 概述 ℵ 调压器基本原理 ℵ 调压器主要元件 ℵ 调压器受力分析 ℵ 调压器技术特性及其影响因素 ℵ 调压器型式与分类 ℵ 调压器标准与技术特性指标 ℵ 调压器流量计算
•概述
• 调压器的定义
•调压器是一种无论气体的流量和上游压力如何变化，都能保持下游压力稳定的装置。 •调压器应能够： • 1、将上游压力减低到一个稳定的下游压力； • 2、当调压器发生故障时应能够限制下游压力在安全范围内。
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器力平衡分析
•调压器皮膜的受力平衡被打破，下游需求增大，压力下降。
•固定的重量会导致钟摆
•皮膜
•Fw=100Lb •FD=90Lb
•100 Lb
•皮膜面积 = 10 In2
•Pe = 100 Psig
•Pa = 9 Psig
•FD = (P2)(AD) = (9 Psig)(10 In2) = 90 Lb
•Pe = 100 Psig
•Pa = 10 Psig
•Q = 50 SCFH
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器压力特性 •使用轻型弹簧
•FS
•FS = (K)(X)
•FS = FD
•FD
•FD = (P2)(AD)
•FD = (9 psig)(10in2) = 90 Lb •FS = (50 Lb/in)(X) = 90 Lb •X = 1.8 Inches 压缩量 •弹簧高度回复量 2-1.8 = .2 Inch •因此皮膜向下移动 .2 Inch
•FS = FD •(若皮膜不移动)
•FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb •Fs = (100 Lb/In)(X) = 100 Lb •X = 1 Inch 压缩量
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器力平衡分析
•FS = 100 Lb •FD = 100 Lb
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器压力特性 •使用轻型弹簧
•2 Inches
•FS = 90 Lb •FD = 90 Lb
•Pe = 100 Psig
•Pa = 9 Psig
•Q = 300 SCFH
•.2’’
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器压力特性 •使用轻型弹簧
•11
•P2
•10
•Psig •9
•8
•理想的压力曲线 •使用轻型弹簧
•适用重型弹簧
•P1 = 100 psig
•0-50
•200 •300 •400 •500 •流量 scfh
•任何情况下，尽 可能使用轻型弹簧 。
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 皮膜对压降的影响
•皮膜对压降的影响 •A = 10 In.2
•■ 应用 • - 小型区域压力调节 • - 工商业及公福用户压力调节 • - 直燃设备 • - 工矿企业
•调压器基本原理
• 指挥器作用式调压器
•调压器的设计取决于对其技术特性的定义，通常要 考虑到以下特性： - 调压精度 - 流通能力 - 盲区 - 响应速度 - 成本
•调压器基本原理
• – 指挥器作用式调压器
• 调压器的受力平衡（指挥器作用式调压器）
•调节压力来自於指挥器 •+
•连接到下游管道的信号管
•向下的作用力： •调节压力X皮膜截面积 + 入口压 力X阀口截面积
•向上的作用力： •出口压力X皮膜截面积 + 出口压 力X阀口截面积 •+
•+ •= •+
•向下的力和向上的力的处于平衡状态 的要求 ---> 燃气需求量的变化决定 下游管网压力的变化 ---> 向上的力 的增大或减小 ---> 阀口开度的变化
• 调压器临界流量
• - 给定作用元件（阀瓣/阀口）的最大流量； • - 取决于前端压力Pe和阀口尺寸。
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 调压器盲区及临界流量
•盲区 •11 •10
•9 •8
•P2 •psig
•经验：在满足流 量的前提下，尽可
能使用小口径阀口 。
•0
•50 •流量 scfh
•主阀杆的动作频率取决于阀口的开/关频率。 •作用元件要求具有长期的稳定性能、密封性能和可靠的质量。
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 感应元件 （皮膜）
•感应元件（皮膜）用以测量下游工况压力与要求的压力之间的差异，感应元件的任何 变动度将导致作用元件产生相应的动作。
•感应元件是动态元件，要求具有长期的稳定性能、密封性能和一定的机械强度。
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 负载元件 （弹簧或指挥器）
•负载元件决定要求的下游压力。感应元件（皮膜）持续比较负载元件给出的调节力和 经信号管传递来的下游压力，从而将得出的动作指令（打开或关闭）传递给作用元件 阀瓣，经一定周期的动态过程，两者趋向协调，阀瓣趋向稳定。 •负载元件是动态元件，要求具有长期的稳定性能、抗腐蚀性能和可靠的质量。
•Weight
•调压器基本原理
• – 直接作用式调压器
• 围护元件 （阀体）
•围护元件形成调压器的封闭的空间。围护结构的主要作用是： • - 与管道的物理连接物； • - 对作用元件的机械保护； • - 对其它功能元件和附件的机械支撑。 •围护元件是静态元件，要求具有长期的稳定性能和抗腐蚀性能。
•调压器基本原理