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天津城市建设管理职业技术学院
天津城市建设管理职业技术学院
毕业论文
轴流式调压器与自立式调压器性能比较与适用特点
作者：
矫磊磊
系别：
能源机电系
专业：
城市燃气工程
学号：
7042006
指导老师：
李多芬
2010年4月
目录
内容摘要：
········································3
一、轴流式调压器与自立式调压器的简介·············4
（一）、轴流式调压器的工作原理与基本构造··········4
（二）、自立式调压器的工作原理与基本构造··········5
二、轴式调压器与自立式调压器的性能与特点·········6
（一）轴流式调压器的性能与特点···················6
（二）自立式调压器的性能与特点···················8
三、轴式调压器与自立式调压器的调节、压力、精度范围··········9
四、轴式调压器与自立式调压器的相对速度··········10
五、轴式调压器与自立式调压器阀口的计算与异同··········11
（一）轴式调压器与自立式调压器阀口的计算·········11
（二）阀口计算的异同····························11
八、参考文献····································12
内容摘要
调压器，又称减压器。
它是液化石油气、天燃气、煤制气安全燃烧的一个重要部件，连通在钢瓶和炉具之间。
调压器不仅能把瓶内的高压气体变为低压气体（从980千Pa降至100千Pa左右），还能把低压气体稳定在适合炉具安全燃烧的压强范围内。
即做到经它输出气体在炉具火孔处的气压随地随时地比外界大气压值大2940Pa左右。
因此实际上调压器是一种自动稳压装置，人们习惯地把它称为减压器。
调压器主要由手轮、进气管、上阀盖、下阀盖、橡皮膜、进气喷嘴、阀垫、一个小杠杆、出气管等零部件组成 。
调压器中间是一块圆形的橡皮膜，它把调压器分为上下两个气室，上气室内有一弹簧，上端连着调节螺盖，下端连着橡皮膜。
在上阀盖边沿处有一个直径为0.8mm的小孔，使上气室与外界相通，此孔形象地称为呼吸孔.下气室中有一个精黄铜制成的杠杆，总长为5cm左右，转动性能非常灵敏。
杠杆右端与橡皮膜中心连接在一起，左端粘着阀垫，紧扣在进气喷嘴
上，对喷出的高压石油气产生阻碍作用。
本篇论文主要研究的是轴流式调压器与自立式调压器这两种最常见的调压器在工作原理、基本构造、压力范围、精度范围以及阀口计
算等方面的异同之处。
一、轴流式调压器与自立式调压器的简介
（一）、轴流式调压器的工作原理与基本构造
图1.调压器工作原理
轴流式调压器的基本构造是由气孔、重块、薄膜、调节阀及导压管组成。
轴流式调压器的工作原理是当出口流体用量或流体的出口压力P2变化时，通过导压管5使P2压力作用到薄膜3的下方，由于它与薄膜上方重块2的给定压力值不相等，故薄膜失去平衡。
薄膜的移动，通过阀杆带动调节阀4改变流经孔口的流体量，从而使压力恢复平衡。
由此看出，无论用气量及进口压力如何变化，调压器都可以通过给定压力部件的调节作用，自动保持稳定的供气压力。
所以，调
压气和与其相连的管网是一个自调系统。
轴流式调压器的立体剖面图如下：
图2.轴流式间接调压器
调压器主要由手轮、进气管、上阀盖、下阀盖、橡皮膜、进气喷嘴、阀垫、一个小杠杆、出气管等零部件组成。
当我们打开钢瓶上的角阀（即通气开关）时，高压石油气通过进气管冲开阀垫进入下气室，随着下气室气体的增多，下气室压强就会升高，逼使橡皮膜向上凸起。
上气室体积逐步变小，当上气室压强大于大气压时，室内空气从呼吸孔缓慢排出，完成了调压器一次呼气过程。
在这一过程中，杠杆右端上移，左端则下压，使进气喷嘴逐步关闭，停止供气，使下气室压
强不再上升。
（二）、自立式调压器的工作原理与基本构造构
图3.直立式调压器工作原理方框图
当外界给一个干扰信号时，被调参数就发生变化并传给测量元件，测量元件发出一个信号与给定值进行比较，得到偏差信号，并送给传动装置，传动装置根据偏差信号发出位移信号送至调节机构，使阀门动作起来，并向调节对象输出一
个调节作用信号克服干扰作用影响。
调压器中间是一块圆形的橡皮膜，它把调压器分为上下两个气室。
上气室内有一弹簧，上端连着调节螺盖，下端连着橡皮膜。
在上阀盖边沿处有一个直径为0.8毫m的小孔，使上气室与外界相通，此孔形象地称为呼吸孔。
下气室中有一个精黄铜制成的杠杆，总长为5cm左右，转动性能非常灵敏。
杠杆右端与橡皮膜中心连接在一起，左端粘着阀垫，紧扣在进气喷嘴上，对喷出的高压石油气产生阻碍作用。
此杠杆左右两端离支点距离为左短右长，是不等臂杠杆。
其表现特点为：
对杠杆右端作用力的微小变化，势必使杠杆左端的作用力产生一个较大的变化。
在原理上讲，实现了对力的放大；在效果上讲，增加了对高压气的阻碍作用。
为了更清楚地阐明调压器的工作原理，有必要弄清楚这个问题：
气体安全燃烧应
具备什么条件？
固体燃料要安全燃烧，要具备两个条件：
一是适量的助燃气体（空气或氧气），二是燃烧物质保持一定的温度（通常高于着火点）。
固体燃烧时，已燃部分对未燃部分的传热方式是传导和辐射，燃烧方向是由外向其中心发展。
固体燃烧时发生热膨胀，体积变大，但变化不大，其位移几乎为零。
气体燃烧时，已燃部分对未燃部分的传热方式，除了传导和辐射外，增加了对流方式，燃烧方向是由中心向外发展。
气体燃烧时发生剧烈热膨胀，其生成物的体积为燃烧前体积数百千倍，并以较快速度发生位移。
因此仅满足上述的两个条件，是无法使气体安全燃烧的。
现代燃烧理论告诉我们，气体安全燃烧还必须具备第三个条件，即维护一定大小的气压差，使燃气的出气速度等于燃烧速度。
只有这样，在一定范围内达到动态平衡，火焰就能维持稳定状态，从而实现气体的安全燃烧。
若出气压强过大，就会使出气速度大于燃烧速度，造成火焰离开火孔一定距离燃烧，此现象术语叫做离焰。
若燃气压强继续上升，火焰将离火孔更远处燃烧，火焰的稳定性遭到进一
步破坏，火焰飘忽不定，直至最后完全熄灭，这种现象叫做脱火。
脱火时，燃气会继续外泄，在空气中形成大量的有毒气体或爆炸性气体，极易引发事故；若燃气压强过小，会使燃烧速度大于出气速度，造成火焰会进入火孔继续燃烧，这现象叫做回火。
回火时，形成缺氧状态的不完全燃烧，产生大量有毒气体，还会向外溢出石油气，也极易引发事故．经工程技术人员大量实验，不仅证实了气体安全燃烧要维持一定气压差，而且还证实了不同成份的气体，安全燃烧所需要的气压差并不相同．例如：
人工煤气，80—100mm水柱；液化石油气，250—350mm水柱．前文提到的2940Pa正是这两个数值的平均值．让我们回到调
压器原理上来。
二、轴式调压器与自立式调压器的性能与特点
（一）、轴流式调压器的性能与特点
图4.陕津二线阳曲站所用的轴式流量计
轴流式调压器/减压阀可广泛应用于城市门站、高中压区域调压站。
AFV-100、RFV、AFV-50，1200系列、1813B2系列、1800系列、1800CPB2型调压器可应用于中低压区域调压站及中型调压箱，美国AMCO产品当中还包括ZSC系列指挥器。
AMCO调压器性能稳定，调压范围较广、分有带切断与不带切断、部分调压器带有滤网保护，可作监控连接、保证安全、安装省力、经济实惠下面就以AFV系列轴流式调压器为例具体阐述一下轴流式调压器的性能与特点：
产品名称
AFV系列轴流式调压器
性能特点
楼结构简单、独特、低差压起动，体积小、重量轻、维护方便，备件极少、用途广泛，性能安全可靠，可作放散阀使用
技术参数
最大进口压力
300系列：
50bar
600系列:
100bar
连接尺寸
300系列：
2"3"4"6"12"
600系列：
2"4"6"8"
出口压力范围
20mbar～42bar
温度范围
-30℃～65℃
流量
最大104784Nm3/h
材料
阀体：
碳钢，鼠笼件：
不锈钢、导流帽、螺栓：
不锈钢、柔性钢
300系列：
Hydrin200
600系列：
buna'N'
"O"型环：
buna'N'
调压精度（RG）
±5%
关闭压
力（SG）
±10%
最小工作差压
0.04bar
最大工作压并
70bar
300系列（压力等级50bar）
尺寸
50
80
100
150
200
300
A
77
95
115
140
171
240
B
150
170
190
211
240
305
C
105
137
175
222
279
410
D
160
160
160
160
160
160
E
75
75
75
75
75
75
F
231
231
231
231
231
231
kg
11
12.5
17
26
45
89
600系列（压力等级100bar）
尺寸
50
100
150
200
A
86
133
175
205
B
155
155
234
260
C
111
194
267
320
D
160
160
160
160
E
75
75
75
75
F
231
231
231
231
kg
12
22
42
64
（二）、自立式调压器的性能与特点
自立式调压器和其他调压器一样，是依靠自身压力能源进行自动调节的调压器，是一种带指挥器的间接作用式调压器。
调压稳定，关闭性能好，结构较简单，压力调整及安装维修较方便。
由于能够开发出适应性，出口压力较广的规格型号，
目前广泛得到应用。
自立式调压器有如下特点：
1、调压装置属于带指挥器的间接式调压器，结构简单，体积较小，安装维
修较方便。
2、启动和调节压力较方便。
3、供气压力稳定，关闭性能好。
4、使用压力范围较广。
目前自立式调压器广泛应用于燃气系统中。
自立式调压器技术性能
型号
类型
进口压力
P1
（MP）
出口压力
P2（MP）
额定流量
Q3
（Nm/h）
稳压精度
（%）
关闭压力
Pb
（kP）
通径
（mm）
RTG----
21/50
FK
中
低
压
0.01—0.1
1--5
50--500
10
1.25
50
RTG----
21/80
FK
0.01—0.1
1--5
100--700
10
1.25
80
RTG----
21/100
FK
0.01—0.1
1--5
150--900
5
1.25
100
RTG----
32/50
FK
高
中
压
0.05—0.3
10--50
100--1000
5
1.2
50
RTG----
32/80
FK
0.05—0.3
10--50
250--1500
5
1.2
80
RTG----
32/100
FK
0.05—0.3
10--50
300--2000
5
1.2
100
三、轴流式调压器与自立式调压器的调节、压力、精度范围
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一种装置。
调压器能够将上游的压力减低到一个稳定的下游压力，当调压器发生故障时应能够限制下游压力在一个安全的范围之内。
那位什么需要调压器呢？
一、理想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。
二、这样的理想供应系统得以维持的条件是用户需要恒定，矿井的供给能力恒定，同时两者之间是一致的。
三、这样的系统实际上是不存在的，为此相应的调压装置---调
压器应运而生。
调压器最大的功能是保持燃气在使用时有稳定的压力，从而保证燃气用具在燃烧是时稳定的燃烧比，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、高效利用的水平上。
当打开燃气炉开关后，由于燃气向外输出，下气室压强变小，橡皮膜下凹，带动杠杆右端下移左端上动，阀垫开启，高压石油气进入下气室。
在这一过程中，上气室体积逐渐变大，当它的压强小于外界大气压时，空气从外经呼吸孔进入上气室，完成了调压器一次吸气过程。
因此，在炉具燃烧过程中，橡皮膜不停地上凸下凹，阀垫由杠杆带动，也随着不断关闭开启。
在整个动态变化中，我们只要保证调压器中的杠杆，它左、右两力臂（注意左短右长的特点）之长，有一个合理的比例，加上橡皮膜与弹簧对杠杆右端，施加一个大小适当的合力，就能让阀垫开启时间远小于关闭时间，并让这两段时间有一个恰当的比值。
这个恰当比值，就保证了下气室的气压，始终比上气室大2940Pa左右。
对于上气室气压来讲，可近似地认为就是当时外界的大气压值。
这样就使燃气离开火孔处的压强，永远比大气压值大2940Pa左右，燃气在稳定状态下燃烧。
这是调压器设计上的第一个精妙之处。
第二个精妙之处，表现在呼吸孔的设计上，是那样独具匠心。
一是呼吸孔为什么开钻在上阀盖的边沿上而不是开钻在易于钻孔的其它位置？
二是呼吸孔直径为0.8毫m，仅能穿过最小号的锈花针，孔径为什么如此之小？
小孔开钻在阀盖的边沿上，是为了让它紧靠橡皮膜。
如果下气室气压过大，橡皮膜就向上凸起，立刻堵住呼吸孔，防止了上气室中的空气由呼吸孔向外排出。
流体在运动时，由于阻滞作用会存在内摩擦力。
孔洞面积越小，深度越大，内摩擦力就越大，阻尼效果就明显——每秒流量变小。
这样，上气室在呼气和吸气时，有一个较长的时间过程，从而保证了在动态变化中，在石油气增减压强时，不是迅猛增加，也不是迅猛减少，就能
让火焰稳定燃烧，体现了动态平衡的调节过程。
调压器的精度等级
出口压力
精度
关闭压力等级
关闭压力区域
Po<1bar
AC5
SG10
SZ=5
Po<4bar
AC2.5
SG10
SZ=5
>=1bar
AC1
SG5
SZ=5
四、轴流式调压器与自立式调压器的相应速度
燃料要安全燃烧，要具备两个条件：
一是适量的助燃气体（空气或氧气），二是燃烧物质保持一定的温度（通常高于着火点）。
固体燃烧时，已燃部分对未燃部分的传热方式是传导和辐射，燃烧方向是由外向其中心发展。
固体燃烧时发生热膨胀，体积变大，但变化不大，其位移几乎为零。
气体燃烧时，已燃部分对未燃部分的传热方式，除了传导和辐射外，增加了对流方式，燃烧方向是由中心向外发展。
气体燃烧时发生剧烈热膨胀，其生成物的体积为燃烧前体积数百千倍，并以较快速度发生位。
因此仅满足上述的两个条件，是无法使气体安全燃烧的。
现代燃烧理论告诉我们，气体安全燃烧还必须具备第三个条件，即维护一定大小的气压差，使燃气的出气速度等于燃烧速度。
只有这样，在一定范围内达到动态平衡，火焰就能维持稳定状态，从而实现气体的安全燃烧。
若出气压强过大，就会使出气速度大于燃烧速度，造成火焰离开火孔一定距离燃烧，此现象术语叫做离焰。
若燃气压强继续上升，火焰将离火孔更远处燃烧，火焰的稳定性遭到进一步破坏，火焰飘忽不定，直至最后完全熄灭，这种现象叫做脱火。
脱火时，燃气会继续外泄，在空气中形成大量的有毒气体或爆炸性气体，极易引发事故；若燃气压强过小，会使燃烧速度大于出气速度，造成火焰会进入火孔继续燃烧，这现象叫做回火。
回火时，形成缺氧状态的不完全燃烧，产生大量有毒气体，还会向外溢出石油气，也极易引发事故。
经工程技术人员大量实验，不仅证实了气体安全燃烧要维持一定气压差，而且还证实了不同成份的气体，安全燃烧所需要的气压差并不相同。
例如：
人工煤气，80—100mm水柱；液化石油气，250—350mm水柱。
前文提到的2940Pa正是这两个数值的平均值。
直接作用式调压器由测量元件（薄膜）、传动部件（阀杆）和调节机构（阀门）组成。
当出口后的用气量增加或进口压力降低时，出口压力就下降，这时由导压管反映的压力使作用在薄膜下侧的力小于膜上重块（或弹簧）的力，薄膜下降，阀瓣也随着阀杆下移，使阀门开大，燃气流量增加，出口压力恢复到原来给定的数值。
反之，当出口后的用气量减少或进口压力升高时，阀门关小，流量降低，仍使出口压力得到恢复。
出口压力值可用调节重块的重量或弹簧力来给定。
小型液化石油气减压阀和用户调压器都是直接作用式的。
五、轴流式调压器与自立式调压器阀口的计算与异同
我们研究轴流式调压器与自立式调压器阀口的计算。
公式：
参数说明：
N——气体作用于薄膜上的移动力；
Fa——薄膜的有效面积；
P——作用于薄膜上的燃气压力；
c——薄膜的有效系数；
F——薄膜表面在其固定端的投影面积
式中：
B——杠杆式节流阀短臂长度，mm；
A——杠杆式节流阀长臂的长度，mm；
d——减压阀喷嘴孔直径，mm；
力FPlx是喷嘴处压力对杠杆作用所引起的对膜片的拉力。
杠杆的受力（利用此简化所计算的FPlx值是近似值，不影响后面弹簧压缩量的计算），Fplx图中F’plx值相等，方向相反。
参考文献：
1、编委会．《石油天然气行业技术标准与规范实用手册》．天津电子出版社．第一版
2、《GB50028——2006城镇燃气设计规范》．国家建设部
3、常州新力燃气股份有限公司参考文献．《调压器基本原理》
4、博燃网网站
5、煤气与动力．2010年第一期
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