燃气调压器课件

Pa = 出口压力
标准状况 = 绝对压力为 1,01325 bar 且 t = 15°C （欧洲或北美）
性能和抗腐蚀性能。
调压器的受力平衡（直接作用式调压器）
受力原理：
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
调压器基本特性与相关标准
- 标准 - 精度 - 压力控制与流通特性
基础标准
欧洲
法国 德国 荷兰 意大利 英国 西班牙
中国
EN 334
Gaz de France approval
DVGW approval
(DIN 3380/3381)
Gasunie approval
Snam/Italgas
(UNI-CIG)
燃气调压器
场站内的重要设备
在此我们将讨论
ℵ 概述 ℵ 调压器分类 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 ℵ 调压器实例
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
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。
皮膜面积 = 10 In2
Pe = 100 Psig
Pa = 10 Psig
调压器力平衡分析
皮膜
FS
FS = (K)(X)
皮膜
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
FS
FS = (K)(X)
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
调压器力平衡分析
再平衡 调节弹簧有利于消除钟摆，尽快达成新的平衡
与大气连通
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。
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。
FD = FD = FD2 =
P2 x A 10 x 10 - 100 Lb
9 来自百度文库 11 = 99 Lb
弹簧的作用力仅改变 1 Lb 因此阀口的移动量很小
调压器参数
调压器关闭压力
- 达成完全关闭的压力； - 零流量时的压力。
o 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。
间接作用式调压器：
直接作用式调压器
详细解说
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
调压器的五个基本元件
5大元件
橡胶软阀座
负载元件（弹簧或指挥器） 感应元件（皮膜）
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。
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。
三、按作用原理划分
调压器按不同作用原理分为：直接作用式和间接作用式两种。
直接作用式调压器只依靠敏感元件（薄膜） 所感受的出口压力变化来对阀门进行移动和 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。
通俗讲，直接作用式调压器就是直接依靠调 压器薄膜所感受的出口压力的变化，来移动 阀门和进行调节。使阀门移动和调节的能量， 是被调燃气的压力。
二、按用途划分
按用途或供应对象加以区分，分为： 1. 区域调压器 用于供应某一地区的居民用户或企事业单位用户的调压器，称
为区域调压器。在三级制供气城市中，一般为高—中压、中— 低压调压器。 2. 专用调压器 调压器的设置是专供某一单位的特殊需要而设置，如玻璃厂、 冶炼厂等大型工业用户，他们一般需要高于区域供应压力的气 源，因此必须为它们设置专用调压器。 3. 用户调压器 用户调压器是一种小型调压器，一般用于一幢楼或一户居民。 这主要用于高、中压供气系统。民用液化石油气的减压阀也是 一种用户调压器。用户调压器一般分为高—低，中—低压两种。
取压点
P2 = 10 Psig
Vena Contracta（静脉曲张）
流速 Out
• 取压点对压力控制精度的影响
11
P2
10
Psig
9
8
Boost 增加取压点距离 理想的压力曲线
No boost P1 = 100 psig
0-50
200 300 400 500
• 出口压力范围受限制 • 10% - 20% 的压力偏移
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
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
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
• 正作用式
FS = 90 Lb FD = 90 Lb
Pe = 100 Psig
Pa = 9 Psig Q = 200 SCFH
.1’’
• 调压器压力特性
11
P2 Psig
10 9 8
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
500 流量 scfh
+=+
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
• 大气排气型
Pe
Pa
大气排气型优缺点
o 大气排气型
优点 - 压力控制精度高 - 出口压力范围大 - 流通能力大 缺点 - 对外排气比较危险 - 对外排气有浪费 - 成本高
• 反作用式
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 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
直接作用式调压器工作原理图
间接作用式调压器工作原理图
间接作用式调压器是当出口压力变化时没，使操纵 机构（指挥器）动作，接通能源（或给出信号）， 使调节阀门移动。它的敏感元件（即感应出口压力 的元件）和传动装置（即受力动作并进行调节的元 件）是分开的。
通俗讲，间接作用式调压器就是多了一个指挥器部 分。指挥器与调压器结果相似，也由阀门、皮膜、 弹簧等组成。指挥器的作用是放大出口压力P2升高 或降低的信号，从而加快调压器的动作，提高调压 器的精度和灵敏度。
• 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
理想的压力曲线
实际的压力曲线 P1 = 100 psig 临界流量 500 流量 scfh
• 压力信号取样点
Pe = 100 Psig P1 = 100 Psig
流速 In
Pa = 10 Psig
British Gas approval BS
Gas Natural approval (UNE 60402/60403)
GB 16802 CJ274-2008
• 调压器没有通用的国际标准 • 本地客户的要求、相竞争的产品、本地标准以及本地的法规要求均可以作 为调压器的设计条件。
主要定义及符号
Pe = 入口压力 (1 bar = 105 Pascal = 14,5 psig )
• 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
0-50
P1 = 100 psig
200 300 400 500
任何情况下，尽可 能使用轻型弹簧。
流量 scfh
皮膜对压降的影响 A = 10 In.2 FD1 A = 11 In.2
FD2
当 P2 降至 9 时
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 +
阀塞
作用元件（阀瓣/阀口）
围护元件（阀体）
信号元件（连接下游 管道的信号管）
作用元件 （阀瓣 / 阀口）
o 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。
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。
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
调压器分类
调压器的种类较多，可以从适用压力、用途、作用原理上加以 区分。
一、按压力划分 为了明确表示调压器的压力性能，根据调压器的进口压力与出
口压力的级别加以区分，分为： ① 低 — 低压； ② 中压A — 低压； ③ 中压B — 低压； ④ 中压A — 中压B； ⑤ 高压 — 中压A； ⑥ 高压 — 中压B； ⑦ 超高 — 高压。
•下游排气型
P1
下游排气型优缺点
优点 - 压力控制精度高 - 出口压力范围大 - 流通能力大 缺点 - 响应速度慢 - 成本高
• 下游排气 双作用式
• 下游排气 轴流式（IGA）
轴流式调压器优缺点
优点 - 很高的调压精度 - 很宽的压力控制范围 - 流通能力大 - 能够做到较大的阀体尺寸 - 比压力调节阀便宜 缺点 - 响应速度慢 - 成本高 应用 - 地区型分输压力调节 - 城市门站 - 燃气透平 - 大型直燃设备 - 大型工矿企业
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。
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。
FD
FD = (P2)(AD)
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
FS = FD
• 调压器力平衡分析
1 Inches