燃?xì)庹{(diào)壓器工作原理及性能要求.ppt

30 June 2019,1,常州信力燃?xì)庠O(shè)備有限公司 True Ability Gas Equipment Co., Ltd.,燃?xì)庹{(diào)壓器工作原理及性能要求 Fundamental Principles & Functional Requirements of Gas Pressure Regulators BY NI WEIPING,30 June 2019,2,目錄, 概述 調(diào)壓器基本原理 調(diào)壓器主要元件 調(diào)壓器受力分析 調(diào)壓器技術(shù)特性及其影響因素 調(diào)壓器型式與分類 調(diào)壓器標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)特性指標(biāo) 調(diào)壓器流量計(jì)算,在此我們將討論,30 June 2019,3,概述,調(diào)壓器的定義,調(diào)壓器是一種無論氣體的流量和上游壓力如何變化，都能保持下游壓力穩(wěn)定的裝置。 調(diào)壓器應(yīng)能夠： 1、將上游壓力減低到一個穩(wěn)定的下游壓力； 2、當(dāng)調(diào)壓器發(fā)生故障時應(yīng)能夠限制下游壓力在安全范圍內(nèi)。,為什么需要調(diào)壓器,理想的燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)將氣體從井口輸送到最終用戶不需要調(diào)壓器； 這樣的理想供應(yīng)系統(tǒng)得以維持的條件是用戶需求恒定，礦井的供給能力恒定，同時兩者之間是一致的； 這樣的系統(tǒng)實(shí)際上不可能存在，為此，相應(yīng)的裝置-調(diào)壓器-應(yīng)運(yùn)而生。,調(diào)壓器的功用,調(diào)壓器最大的功用是保持燃?xì)庠谑褂脮r有穩(wěn)定的壓力，從而保證燃?xì)庥镁叩玫椒€(wěn)定的燃空比（燃?xì)馀c空氣的配合比例）；燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中使用調(diào)壓器將氣體壓力降低并穩(wěn)定在一個能夠使氣體得到安全、經(jīng)濟(jì)和高效利用的適當(dāng)水平上。,30 June 2019,4,調(diào)壓器基本原理,調(diào)壓器的功用是當(dāng)入口氣體壓力和流過的氣體流量發(fā)生變化時，保持出口壓力的穩(wěn)定。,調(diào)壓器,入口壓力,出口壓力,不斷變化的氣體消耗量,不斷變化的管網(wǎng)壓力,30 June 2019,5,調(diào)壓器基本原理,直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器的設(shè)計(jì)取決于對其技術(shù)特性的定義，通常要考慮到以下特性： 壓降及導(dǎo)致壓降的原因 盲區(qū)或調(diào)壓器如何關(guān)閉 臨界流量及其與調(diào)壓氣供氣能力的關(guān)系 動作方式及其與調(diào)壓精度的關(guān)系,30 June 2019,6,調(diào)壓器的五個基本元件,負(fù)載元件（彈簧或指揮器）,感應(yīng)元件（皮膜）,作用元件（閥瓣/閥口）,圍護(hù)元件（閥體）,信號元件（連接下游管道的信號管）,閥塞,橡膠軟閥座,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,30 June 2019,7,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,作用元件 （閥瓣 / 閥口）,作用元件（閥瓣/閥口）在感應(yīng)元件的驅(qū)動下，對氣體給出可變的約束。閥口的開度基于調(diào)壓器下游燃?xì)獾男枨罅?，?dāng)下游有用氣需求時，閥口打開；當(dāng)下游用氣需求為零時，閥口關(guān)閉。 主閥桿的動作頻率取決于閥口的開/關(guān)頻率。 作用元件要求具有長期的穩(wěn)定性能、密封性能和可靠的質(zhì)量。,30 June 2019,8,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,感應(yīng)元件 （皮膜）,感應(yīng)元件（皮膜）用以測量下游工況壓力與要求的壓力之間的差異，感應(yīng)元件的任何變動度將導(dǎo)致作用元件產(chǎn)生相應(yīng)的動作。 感應(yīng)元件是動態(tài)元件，要求具有長期的穩(wěn)定性能、密封性能和一定的機(jī)械強(qiáng)度。,30 June 2019,9,負(fù)載元件 （彈簧或指揮器）,負(fù)載元件決定要求的下游壓力。感應(yīng)元件（皮膜）持續(xù)比較負(fù)載元件給出的調(diào)節(jié)力和經(jīng)信號管傳遞來的下游壓力，從而將得出的動作指令（打開或關(guān)閉）傳遞給作用元件閥瓣，經(jīng)一定周期的動態(tài)過程，兩者趨向協(xié)調(diào)，閥瓣趨向穩(wěn)定。 負(fù)載元件是動態(tài)元件，要求具有長期的穩(wěn)定性能、抗腐蝕性能和可靠的質(zhì)量。,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,Weight,30 June 2019,10,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,圍護(hù)元件 （閥體）,圍護(hù)元件形成調(diào)壓器的封閉的空間。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要作用是： - 與管道的物理連接物； - 對作用元件的機(jī)械保護(hù)； - 對其它功能元件和附件的機(jī)械支撐。 圍護(hù)元件是靜態(tài)元件，要求具有長期的穩(wěn)定性能和抗腐蝕性能。,30 June 2019,11,調(diào)壓器的受力平衡（直接作用式調(diào)壓器）,向下的力和向上的力的處于平衡狀態(tài)的要求 - 燃?xì)庑枨罅康淖兓瘺Q定下游管網(wǎng)壓力的變化 - 向上的力的增大或減小 - 閥口開度的變化,+,+,向下的作用力： 彈簧力 + 入口壓力X閥口截面積,連接到下游管道的信號管,向上的作用力： 出口壓力X皮膜截面積 + 出口壓力X閥口截面積,+,=,調(diào)壓器基本原理,30 June 2019,12,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器力平衡分析,Pe = 100 Psig,Pa = 10 Psig,皮膜面積 = 10 In2,FD = (P2)(AD) = (10 Psig)(10 In2) = 100 Lb,100 Lb,Fw=100Lb FD=100Lb,調(diào)壓器皮膜的受力處于平衡狀態(tài),皮膜,30 June 2019,13,Pe = 100 Psig,Pa = 9 Psig,皮膜面積 = 10 In2,FD = (P2)(AD) = (9 Psig)(10 In2) = 90 Lb,100 Lb,Fw=100Lb FD=90Lb,調(diào)壓器力平衡分析,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器皮膜的受力平衡被打破，下游需求增大，壓力下降。,固定的重量會導(dǎo)致鐘擺,皮膜,30 June 2019,14,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,Pe = 100 Psig,Pa = 10 Psig,皮膜面積 = 10 In2,調(diào)節(jié)彈簧有利于消除鐘擺，盡快達(dá)成新的平衡,與大氣連通,調(diào)壓器力平衡分析,30 June 2019,15,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器力平衡分析,FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb K = 彈性系數(shù) = 使彈簧的高度壓縮或拉升1inch所需要的力,FS = (K)(X) FD = (P2)(AD),皮膜,皮膜,30 June 2019,16,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器力平衡分析,FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb Fs = (100 Lb/In)(X) = 100 Lb X = 1 Inch 壓縮量,FS = (K)(X) FD = (P2)(AD),FS = FD (若皮膜不移動),皮膜,皮膜,30 June 2019,17,Pe = 100 Psig,Q = 50 SCFH,Pa = 10 Psig,1 Inches,FS = 100 Lb,FD = 100 Lb,調(diào)壓器力平衡分析,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,30 June 2019,18,調(diào)壓器力平衡分析,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,FD = (9 Psig)(102) = 90 Lb Fs = (100 Lb/In)(X) = 90 Lb K = .9 Inch 壓縮量 彈簧高度回復(fù)量 = 1-.9 = .1 Inch 因此皮膜向下移動 .1 Inch,FS = (K)(X) FD = (P2)(AD),FS = FD,30 June 2019,19,調(diào)壓器力平衡分析,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,Pe = 100 Psig,Q = 200 SCFH,Pa = 9 Psig,1 Inches,FS = 90 Lb,FD = 90 Lb,.1,30 June 2019,20,調(diào)壓器壓力特性,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,P2 Psig,流量 scfh,0 50,11 10 9 8,200,300,500,理想的壓力曲線,實(shí)際的壓力曲線,P1 = 100 psig,理想的調(diào)壓器：出口壓力不隨流量的變化而改變,30 June 2019,21,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器壓力特性,FD = (10 Psig)(10 in2) = 100 Lb Fs = (50 Lb/in)(X) = 100 Lb X = 2 Inches 壓縮量,FS = (K)(X) FD = (P2)(AD),FS = FD,使用輕型彈簧,30 June 2019,22,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器壓力特性,使用輕型彈簧,Pe = 100 Psig,Q = 50 SCFH,Pa = 10 Psig,2 Inches,FS = 100 Lb,FD = 100 Lb,30 June 2019,23,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器壓力特性,使用輕型彈簧,FD = (9 psig)(10in2) = 90 Lb FS = (50 Lb/in)(X) = 90 Lb X = 1.8 Inches 壓縮量 彈簧高度回復(fù)量 2-1.8 = .2 Inch 因此皮膜向下移動 .2 Inch,FS = (K)(X) FD = (P2)(AD),FS = FD,30 June 2019,24,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,Pe = 100 Psig,Q = 300 SCFH,Pa = 9 Psig,2 Inches,FS = 90 Lb,FD = 90 Lb,.2,調(diào)壓器壓力特性,使用輕型彈簧,30 June 2019,25,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,P2 Psig,流量 scfh,0-50,11 10 9 8,200,300,500,理想的壓力曲線,P1 = 100 psig,400,使用輕型彈簧,適用重型彈簧,調(diào)壓器壓力特性,使用輕型彈簧,任何情況下，盡可能使用輕型彈簧。,30 June 2019,26,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,皮膜對壓降的影響,當(dāng) P2 降至 9 時 FD = P2 x A FD = 10 x 10 - 100 Lb FD2 = 9 x 11 = 99 Lb,彈簧的作用力僅改變 1 Lb 因此閥口的移動量很小,FD2,FD1,A = 11 In.2,A = 10 In.2,皮膜對壓降的影響,30 June 2019,27,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器關(guān)閉壓力,- 達(dá)成完全關(guān)閉的壓力； - 零流量時的壓力。,調(diào)壓器臨界流量,- 給定作用元件（閥瓣/閥口）的最大流量； - 取決于前端壓力Pe和閥口尺寸。,30 June 2019,28,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器盲區(qū)及臨界流量,P2 psig,流量 scfh,50,11 10 9 8,500,理想的壓力曲線,實(shí)際的壓力曲線,P1 = 100 psig,0,盲區(qū),臨界流量,經(jīng)驗(yàn)：在滿足流量的前提下，盡可能使用小口徑閥口。,30 June 2019,29,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,壓力信號取樣點(diǎn),Pe = 100 Psig,取壓點(diǎn),P1 = 100 Psig,流速 In,流速 Out,Vena Contracta（靜脈曲張）,P2 = 10 Psig,Pa = 10 Psig,30 June 2019,30,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,取壓點(diǎn)對壓力控制精度的影響,P2 Psig,Flow scfh,0-50,11 10 9 8,200,300,500,P1 = 100 psig,400,Boost,No boost,理想的壓力曲線,30 June 2019,31,出口壓力范圍受限制 10% - 20% 的壓力偏移,+,最大出口壓力 最大的向上的作用力能夠平衡掉由彈簧和入口壓力X閥口截面積產(chǎn)生的向下的作用力 ,彈簧的作用力受限于彈簧規(guī)格 . 同時，皮膜的直徑是不可變得 .,因此，直接作用是調(diào)壓器的出口設(shè)定壓力范圍是受限制的,向上的作用力： 出口壓力X皮膜截面積 + 出口壓力X閥口截面積,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,30 June 2019,32,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,正作用式,30 June 2019,33,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器,反作用式,30 June 2019,34,調(diào)壓器基本原理 直接作用式調(diào)壓器, 優(yōu)點(diǎn) - 結(jié)構(gòu)簡單 - 響應(yīng)速度快 - 成本低, 缺點(diǎn) - 調(diào)壓精度較低 - 壓力控制范圍窄 - 流通能力較小 - 由于受皮膜尺寸的限制，難以做到大規(guī)格的閥體, 應(yīng)用 - 小型區(qū)域壓力調(diào)節(jié) - 工商業(yè)及公福用戶壓力調(diào)節(jié) - 直燃設(shè)備 - 工礦企業(yè),30 June 2019,35,調(diào)壓器基本原理,指揮器作用式調(diào)壓器,調(diào)壓器的設(shè)計(jì)取決于對其技術(shù)特性的定義，通常要考慮到以下特性： 調(diào)壓精度 流通能力 盲區(qū) 響應(yīng)速度 成本,30 June 2019,36,調(diào)壓器的受力平衡（指揮器作用式調(diào)壓器）,+,+,+,=,連接到下游管道的信號管,調(diào)節(jié)壓力來自於指揮器,向下的作用力： 調(diào)節(jié)壓力X皮膜截面積 + 入口壓力X閥口截面積,向上的作用力： 出口壓力X皮膜截面積 + 出口壓力X閥口截面積,向下的力和向上的力的處于平衡狀態(tài)的要求 - 燃?xì)庑枨罅康淖兓瘺Q定下游管網(wǎng)壓力的變化 - 向上的力的增大或減小 - 閥口開度的變化,調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器,30 June 2019,37,調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器,Pe,Pa,大氣排氣型,30 June 2019,38,調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器,大氣排氣型, 優(yōu)點(diǎn) - 壓力控制精度高 - 出口壓力范圍大 - 流通能力大, 缺點(diǎn) - 對外排氣比較危險 - 對外排氣有浪費(fèi) - 成本高,30 June 2019,39,調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器,下游排氣型,P1,30 June 2019,40,調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器,下游排氣型, 優(yōu)點(diǎn) - 壓力控制精度高 - 出口壓力范圍大 - 流通能力大, 缺點(diǎn) - 響應(yīng)速度慢 - 成本高,30 June 2019,41,調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器,下游排氣 雙作用式,30 June 2019,42,調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器,下游排氣 軸流式（IGA）,30 June 2019,43, 優(yōu)點(diǎn) - 很高的調(diào)壓精度 - 很寬的壓力控制范圍 - 流通能力大 - 能夠做到較大的閥體尺寸 - 比壓力調(diào)節(jié)閥便宜, 缺點(diǎn) - 響應(yīng)速度慢 - 成本高, 應(yīng)用 - 地區(qū)型分輸壓力調(diào)節(jié) - 城市門站 - 燃?xì)馔钙?- 大型直燃設(shè)備 - 大型工礦企業(yè),調(diào)壓器基本原理 指揮器作用式調(diào)壓器,30 June 2019,44,調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn) 精度 壓力控制與流通特性,30 June 2019,45,調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),歐洲 EN 334,法國 Gaz de France approval 德國 DVGW approval (DIN 3380/3381) 荷蘭 Gasunie approval 意大利 Snam/Italgas (UNI-CIG) 英國 British Gas approval BS 西班牙 Gas Natural approval (UNE 60402/60403),調(diào)壓器沒有通用的國際標(biāo)準(zhǔn) 本地客戶的要求、相競爭的產(chǎn)品、本地標(biāo)準(zhǔn)以及本地的法規(guī)要求均可以作為調(diào)壓器的設(shè)計(jì)條件。,中國 GB 16802,30 June 2019,46,調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),主要定義及符號,Pe = 入口壓力 (1 bar = 105 Pascal = 14,5 psig ) Pa = 出口壓力 標(biāo)準(zhǔn)狀況 = 絕對壓力為 1,01325 bar 且 t = 15C （歐洲或北美） 或 t = 20C （中國） Q = 流量范圍 (1 m/h = 35,1 SCFH) Pas = 出口壓力設(shè)定值 Pf = 關(guān)閉壓力。流量Q=0時的壓力 Wh = 彈簧的可設(shè)定壓力范圍 Wa = 調(diào)壓器的可設(shè)定壓力范圍 RG(AC) = 精度等級，最大的出口壓力波動許可范圍 SG = 關(guān)閉壓力精度等級， Pf 與 Pas之間許可的最大壓差 SZ = 關(guān)閉壓力等級范圍，Qmin/Qmax 時的SG的% KG/CG = 流量特性,30 June 2019,47,調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),壓力范圍與等級,Class Pzul (bar) Class Pzul (bar),PN 16 16 ANSI 150 19,2 PN 25 25 ANSI 300 51 PN 40 40 ANSI 600 102 PN 64 64 PN 100 100 Pzul = 最大允許工作壓力 (入口壓力),30 June 2019,48,調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),調(diào)壓精度,0,Pas,流量范圍,出口壓力,理想的調(diào)壓器能夠滿足不管入口壓力如何變化，當(dāng)流量從 0 增加到 時，均能保持出口壓力的穩(wěn)定。,30 June 2019,49,調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),285,315,Pas=300,Pf =330,Pa in mbar,Qmin = 10% of Qmax,AC5,AC5,SG10,Qmax,Q in m/h,臨界點(diǎn),SZ,調(diào)壓精度,30 June 2019,50,調(diào)壓器基本特性與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),調(diào)壓精度等級 RG(#),class 允許的壓力偏移 設(shè)定壓力的%,RG 1 1 % (*) RG 2,5 2,5 % (*) RG 5 5 % (