1-燃气调压器工作原理及性能要求

1、TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20211 常州信力燃气设备 True Ability Gas Equipment Co., Ltd. 燃气调压器工作原理及性能要求燃气调压器工作原理及性能要求 Fundamental Principles & Functional Requirements of Gas Pressure Regulators BY NI WEIPING TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Q

2、uality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20212 目录 概述 调压器基本原理 调压器主要元件 调压器受力分析 调压器技术特性及其影响因素 调压器型式与分类 调压器标准与技术特性指标 调压器流量计算 在此我们将讨论在此我们将讨论 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20213 概述 调压器的定义调压器的定义 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

3、。 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

4、利用的适当水平上。 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20214 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。 调压器调压器 入口压力出口压力 不断变化的气体消耗量不断变化的管网压力 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20215 调压器基本原理 直接

5、作用式调压器直接作用式调压器 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 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20216 调压器的五个基本元件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） 信号元件（连接下游 管道的信号管） 阀塞 橡胶软阀座 调

6、压器基本原理 直接作用式调压器 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20217 调压器基本原理 直接作用式调压器 作用元件作用元件 （阀瓣（阀瓣 / / 阀口）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。 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。 TRUBILIT

7、Y 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20218 调压器基本原理 直接作用式调压器 感应元件感应元件 （皮膜）（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。 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与

8、基本特性 7/30/20219 负载元件负载元件 （弹簧或指挥器）（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。 调压器基本原理 直接作用式调压器 Weight TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/20

9、2110 调压器基本原理 直接作用式调压器 围护元件围护元件 （阀体）（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。 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202111 调压器的受力平衡（直接作用式调压器）调压器的受力平衡（直接作用式调压器） 向下的力和向上的力的处于平衡状态 的要求

10、- 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 + + 向下的作用力： 弹簧力 + + 入口压力X阀口截面积 连接到下游管道的信号管 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 += 调压器基本原理 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202112 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力平衡分析 Pe = 100 PsigPa = 10 Psig 皮膜面积

11、= 10 In2 FD = (P2)(AD) = (10 Psig)(10 In2) = 100 Lb 100 Lb Fw=100Lb FD=100Lb 调压器皮膜的受力处于平衡状态 皮膜 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202113 Pe = 100 PsigPa = 9 Psig 皮膜面积 = 10 In2 FD = (P2)(AD) = (9 Psig)(10 In2) = 90 Lb 100 Lb Fw=100Lb FD=90Lb 调压

12、器力平衡分析调压器力平衡分析 调压器基本原理 直接作用式调压器 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 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202114 调压器基本原理 直接作用式调压器 Pe = 100 PsigPa = 10 Psig 皮膜面积 = 10 In2 调节弹簧有利于消除钟摆，尽快达成新的平衡 与大气连通 调压器力平衡分析调压器力平衡分析 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9

13、001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202115 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力平衡分析 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 = (K)(X) FD = (P2)(AD) FS FD 皮膜 皮膜 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30

14、/202116 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力平衡分析 FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb Fs = (100 Lb/In)(X) = 100 Lb X = 1 Inch 压缩量 FS = (K)(X) FD = (P2)(AD) FS = FD (若皮膜不移动) FS FD 皮膜皮膜 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202117 Pe = 100 Psig Q = 50 SCFH Pa

15、= 10 Psig 1 Inches FS = 100 Lb FD = 100 Lb 调压器力平衡分析调压器力平衡分析 调压器基本原理 直接作用式调压器 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202118 调压器力平衡分析调压器力平衡分析 调压器基本原理 直接作用式调压器 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

16、 Inch 因此皮膜向下移动 .1 Inch FS = (K)(X) FD = (P2)(AD) FS = FD FS FD TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202119 调压器力平衡分析调压器力平衡分析 调压器基本原理 直接作用式调压器 Pe = 100 Psig Q = 200 SCFH Pa = 9 Psig 1 Inches FS = 90 Lb FD = 90 Lb .1 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:

17、1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202120 调压器压力特性调压器压力特性 调压器基本原理 直接作用式调压器 P2 Psig 流量 scfh 0 50 11 10 9 8 200300500 理想的压力曲线 实际的压力曲线 P1 = 100 psig 理想的调压器：出口压力不随流量的变化而改变 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202121 调压器基本原理

18、直接作用式调压器 调压器压力特性调压器压力特性 FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb Fs = (50 Lb/in)(X) = 100 Lb X = 2 Inches 压缩量 FS = (K)(X) FD = (P2)(AD) FS = FD FS FD 使用轻型弹簧 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202122 调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器压力特性调压器压力特性使用轻型弹簧 Pe = 100 Psig Q

19、 = 50 SCFH Pa = 10 Psig 2 Inches FS = 100 Lb FD = 100 Lb TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202123 调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器压力特性调压器压力特性使用轻型弹簧 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

20、动 .2 Inch FS = (K)(X) FD = (P2)(AD) FS = FD FS FD TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202124 调压器基本原理 直接作用式调压器 Pe = 100 Psig Q = 300 SCFH Pa = 9 Psig 2 Inches FS = 90 Lb FD = 90 Lb .2 调压器压力特性调压器压力特性使用轻型弹簧 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Qual

21、ity is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202125 调压器基本原理 直接作用式调压器 P2 Psig 流量 scfh 0-50 11 10 9 8 200300500 理想的压力曲线 P1 = 100 psig 400 使用轻型弹簧 适用重型弹簧 调压器压力特性调压器压力特性使用轻型弹簧 任何情况下，尽可 能使用轻型弹簧。 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202126 调压器基本

22、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 当 P2 降至 9 时 FD = P2 x A FD = 10 x 10 - 100 Lb FD2=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 FD2 FD1 A = 11 In.2 A = 10 In.2 皮膜对压降的影响 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202127 调压器基本原理 直接作用式调压器 调压器关闭压力调压器关闭压力 - 达成完全关闭

23、的压力； - 零流量时的压力。 调压器临界流量调压器临界流量 - 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。 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202128 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调压器盲区及临界流量 P2 psig 流量 scfh 50 11 10 9 8 500 理想的压力曲线 实际的压力曲线 P1 = 100 psig 0 盲区 临界流量 经验：在满足流量 的前提下，尽可能 使

24、用小口径阀口。 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202129 调压器基本原理 直接作用式调压器 压力信号取样点压力信号取样点 Pe = 100 Psig 取压点 P1 = 100 Psig 流速流速 In 流速 Out Vena Contracta（静脉曲张）静脉曲张） P2 = 10 Psig Pa = 10 Psig TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending

25、process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202130 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取压点对压力控制精度的影响 P2 Psig Flow scfh 0-50 11 10 9 8 200300500 P1 = 100 psig 400 Boost No boost 理想的压力曲线 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202131 出口压力范围受限制出口压力范围受限制 10% - 20% 的压力偏移的压

26、力偏移 + 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 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 调压器基本原理 直接作用式调压器 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202132 调压器基本原理 直接作用式调压器 正作用式正作用式 TRUBILITY

27、常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202133 调压器基本原理 直接作用式调压器 反作用式反作用式 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202134 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

28、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 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202135 调压器基本原理 指挥器作用式调压器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 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-end

29、ing process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202136 调压器的受力平衡（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） + + += 连接到下游管道的信号管 调节压力来自於指挥器 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 调压器基本原理 指挥器作用式调压器 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:199

30、4 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202137 调压器基本原理 指挥器作用式调压器 Pe Pa 大气排气型大气排气型 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202138 调压器基本原理 指挥器作用式调压器 大气排气型大气排气型 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 TRUBILITY 常

31、州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202139 调压器基本原理 指挥器作用式调压器 下游排气型下游排气型 P1 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202140 调压器基本原理 指挥器作用式调压器 下游排气型下游排气型 优点 - 压力控制精度高 - 出口压力范围大 - 流通能力大 缺点 - 响应速度慢 - 成本高 TRUB

32、ILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202141 调压器基本原理 指挥器作用式调压器 下游排气下游排气 双作用式双作用式 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202142 调压器基本原理 指挥器作用式调压器 下游排气下游排气 轴流式（轴流式（IGA） TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001

33、:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202143 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 调压器基本原理 指挥器作用式调压器 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30

34、/202144 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 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202145 调压器基本特性与相关标准 基础标准基础标准 欧洲欧洲 EN 334 法国 Gaz de France approval 德国 DVGW approval (DIN 3380/3381) 荷兰 Gasunie approval 意大利 Snam/Italgas (UNI-CIG) 英国 British Gas app

35、roval BS 西班牙 Gas Natural approval (UNE 60402/60403) 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。 中国中国 GB 16802 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202146 调压器基本特性与相关标准 主要定义及符号主要定义及符号 Pe = 入口压力 (1 bar = 105 Pascal = 14,5 psig ) Pa = 出

36、口压力 标准状况 = 绝对压力为 1,01325 bar 且 t = 15C （欧洲或北美） 或 t = 20C （中国） Q = 流量范围 (1 m/h = 35,1 SCFH) Pas = 出口压力设定值 Pf = 关闭压力。流量Q=0时的压力 Wh = 弹簧的可设定压力范围 Wa = 调压器的可设定压力范围 RG(AC) = 精度等级，最大的出口压力波动许可范围 SG = 关闭压力精度等级， Pf 与 Pas之间许可的最大压差 SZ = 关闭压力等级范围，Qmin/Qmax 时的SG的% KG/CG = 流量特性 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Q

37、uality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202147 调压器基本特性与相关标准 压力范围与等级压力范围与等级 Class Pzul (bar)ClassPzul (bar) PN 1616 ANSI 15019,2 PN 2525 ANSI 30051 PN 4040 ANSI 600 102 PN 6464 PN 100 100 Pzul = 最大允许工作压力 (入口压力) TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备

38、 调压器原理与基本特性 7/30/202148 调压器基本特性与相关标准 调压精度调压精度 0 Pas 流量范围 出口压力 理想的调压器能够满足不管入口压力如何变化，当流量从 0 增加到 时 ，均能保持出口压力的稳定。 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202149 调压器基本特性与相关标准 285 315 Pas=300 Pf =330 Pa in mbar Qmin = 10% of Qmax AC5 AC5 SG10 Qmax Q in m/h 临界点 SZ 调压精度调压精度 TRUBILITY 常州信力 DIN EN ISO 9001:1994 Quality is a never-ending process. 调压设备 调压器原理与基本特性 7/30/202150 调压器基本特性与相关标准 调压精度等级调压精度等级 RG(#) class允许的压力偏移 设定压力的% RG 1 1 % (*)