燃气调压器工作原理.ppt

1、21 August 2020,1,常州信力燃气设备有限公司True Ability Gas Equipment Co., Ltd.,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,21 August 2020,2,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,21 August 2020,3,概述,调压器的定义,调压

2、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。,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

3、体得到安全、经济和高效利用的适当水平上。,21 August 2020,4,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,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,21 August 2020,5,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,21 August 2020,6,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

4、）,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,调压器基本原理 直接作用式调压器,21 August 2020,7,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。 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。,21 August 2020,8,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

5、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。,21 August 2020,9,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。,调压器基本原理 直接作用式调压器,Weight,21 August 2020,10,调压器基本原理 直接作用式调压器,围

6、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。,21 August 2020,11,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 - 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,2

7、1 August 2020,12,调压器基本原理 直接作用式调压器,调压器力平衡分析,Pe = 100 Psig,Pa = 10 Psig,皮膜面积 = 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,21 August 2020,13,Pe = 100 Psig,Pa = 9 Psig,皮膜面积 = 10 In2,FD = (P2)(AD) = (9 Psig)(10 In2) = 90 Lb,100 Lb,Fw=100Lb FD=90Lb,调压器力平衡分

8、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,21 August 2020,14,调压器基本原理 直接作用式调压器,Pe = 100 Psig,Pa = 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,21 August 2020,15,调压器基本原理 直接作用式调压器,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 = (P

9、2)(AD),皮膜,皮膜,21 August 2020,16,调压器基本原理 直接作用式调压器,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),皮膜,皮膜,21 August 2020,17,Pe = 100 Psig,Q = 50 SCFH,Pa = 10 Psig,1 Inches,FS = 100 Lb,FD = 100 Lb,调压器力平衡分析,调压器基本原理 直接作用式调压器,21

10、 August 2020,18,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 Inch 因此皮膜向下移动 .1 Inch,FS = (K)(X) FD = (P2)(AD),FS = FD,21 August 2020,19,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

11、Lb,.1,21 August 2020,20,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 8,200,300,500,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,21 August 2020,21,调压器基本原理 直接作用式调压器,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,使用

12、轻型弹簧,21 August 2020,22,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,Pe = 100 Psig,Q = 50 SCFH,Pa = 10 Psig,2 Inches,FS = 100 Lb,FD = 100 Lb,21 August 2020,23,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,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 = (K

13、)(X) FD = (P2)(AD),FS = FD,21 August 2020,24,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,使用轻型弹簧,21 August 2020,25,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 8,200,300,500,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,使用轻型弹簧,任何情况下，尽可能使用轻型弹簧。,

14、21 August 2020,26,调压器基本原理 直接作用式调压器,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,21 August 2020,27,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。,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。,21 August

15、 2020,28,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,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，尽可能使用小口径阀口。,21 August 2020,29,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,取压点,P1 = 100 Psig,流速 In,流速 Out,Vena Contracta（静脉曲张）,P2 = 10 Psig,Pa = 10 Psig,21 August 2020,30,调压器基本原理 直接作用

16、式调压器,取压点对压力控制精度的影响,P2 Psig,Flow scfh,0-50,11 10 9 8,200,300,500,P1 = 100 psig,400,Boost,No boost,理想的压力曲线,21 August 2020,31,出口压力范围受限制 10% - 20% 的压力偏移,+,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

17、调压器,21 August 2020,32,调压器基本原理 直接作用式调压器,正作用式,21 August 2020,33,调压器基本原理 直接作用式调压器,反作用式,21 August 2020,34,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, 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,21 August 2020,35,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

18、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,21 August 2020,36,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,21 August 2020,37,调压器基本原理 指挥器作用式调压器,Pe,Pa,大气排气型,21 A

19、ugust 2020,38,调压器基本原理 指挥器作用式调压器,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,21 August 2020,39,调压器基本原理 指挥器作用式调压器,下游排气型,P1,21 August 2020,40,调压器基本原理 指挥器作用式调压器,下游排气 双作用式,21 August 2020,41,调压器基本原理 指挥器作用式调压器,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,21 August 2020,4

20、2,调压器基本原理 指挥器作用式调压器,下游排气 轴流式（IGA）,21 August 2020,43, 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,21 August 2020,44,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,21 August 2020,45,调压器基本特性与相关标准,基础标准,欧洲 EN 334,法国 Gaz de Fr

21、ance approval 德国 DVGW approval (DIN 3380/3381) 荷兰 Gasunie approval 意大利 Snam/Italgas (UNI-CIG) 英国 British Gas approval 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 GB 16802,21 August 2020,46,调压器基本特性与相关标准,主要定义及符号,Pe = 入口压力 (1 bar = 105 Pascal

22、 = 14,5 psig ) Pa = 出口压力 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,21 August 2020,4

23、7,调压器基本特性与相关标准,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),21 August 2020,48,调压器基本特性与相关标准,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。,21 August 2020,49,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,21 August 2020,50,调压器基本特性与相关标准,调压精度等级 RG(#),class允许的压力偏移 设定压力的%,RG 1 1 % (*) RG 2,5 2,5 % (*) RG