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燃气调压设备(2)(燃气专业常识系列讲座之五)

来源:不详 | 编辑:管理员 | 发布时间:2010-04-14 | 栏目:在线培训 | | 投票数:0 |
内容导读:燃气调压设备(2)(燃气专业常识系列讲座之五)……

燃气专业常识系列讲座之五

燃气调压设备[2]

第二部分    调压器的构造及工作原理

第一节    调压器的一般工作原理

调压器是燃气供气系统中的重要设备。用于控制燃气供气系统的压力工况。调压器具有降压及稳定出口压力的作用。在额定的压力、流量范围内,当进口压力或出口压力负荷发生变化时,它能自动调节阀口的启闭,使其稳定在设定的压力范围内,所以,调压器是一种自动减压阀,将较高的压力降至一个较低的设定压力。

虽然燃气系统调压器的型式、种类繁多,但无论是进口产品还是国产产品,其基本构造、原理相似。

调压器一般由以下三部分组成:

1. 阀门:起节流作用;

2. 敏感元件(薄膜):感应装置;

3. 调节机构:重块或弹簧。

 

2-1-1  调压器工作原理图

1、气孔  2、重块  3、薄膜  4、阀  5、导压管

图中:

P1为调压器进口压力;

P2为调压器出口压力,也是燃气作用于皮膜下的力;

G 为重块或弹簧作用于皮膜上的力。

平衡时,调压器阀适当开启,出口压力P2为设定值。此时出口压力P2与薄膜上方重块或弹簧向下的重力相等,阀口开启度不变。

动态时有以下4种情况:

①当调压器进口压力P1增大时,出口压力P2也会增大,并大于重块的重力G,即P2G。这使得薄膜向上移动,阀口开启度变小,流量减少,并导致出口压力P2降低。当出口压力降低到与重块的重力相等,即P2=G时,恢复平衡。

②当调压器进口压力P1减少,出口压力P2也会减小,并会小于重块的重力G,即P2G。这会使得皮膜下降,阀口开启增大,流量增加,并导致出口压力P2高,当出口压力升高到与重块的重力相等,即P2=G时,恢复平衡。

③当调压器出口流量增大时,若会引起出口压力P2降低,即出口压力P2小于重块的重力GP2G。这时皮膜会在重块重力下,向下移动,使得阀口开启度增大,以增加进口流量,并会导致出口压力P2增加。当出口压力升高到与重块的重力相等,即P2=G时,P2恢复到设定值,调压器平衡。

④当调压器出口流量减少,会造成出口压力P2增大,并大于重块的重力G,即P2G

这又会使得薄膜向上移动,阀口开启度变小,以减少进口流量和降低出口压力P2。当出口压力降低到与重块的重力相等,即P2=G时,调压器再次恢复平衡。

第二节    调节机构

    一、弹簧与荷重

当调压器出口流量增加时,如仍须保持原有的出口压力,就必须开大阀门,也就是弹簧伸长,其结果是相应减弱弹簧的弹力,这就使供应压力常常低于设定值。

为了防止这种现象,常采用弹性较强、长度较长的弹簧。这在一定程度上可以改善上述缺点,但大流量的调压器因弹簧变大而导致调节困难,因此常采用重块或杠杆加重块的构造来弥补上述不足。

二、调压器薄膜

调压器薄膜位置上下变动时,其有效受压面积也相应发生变化。当薄膜向下移动时(图222),其有效面积逐渐增加,因此关闭阀门所需的压力要相应减小,从而造成供应压力低于设定压力。为了消除上述影响,对低压调压器可采用较大的薄膜,并减小薄膜法兰与压盘之间的活动间隙。这样虽然改善了薄膜的特性,却减小了薄膜的上下行程,因此薄膜边缘剩留宽度一般应不小于薄膜直接的十分之一。中压调压器可采用一定的燃气压力(中间压力)来加压,以代替减少重块或弹簧的负荷。

皮膜的有效面积随着托盘上下位置的变化略有变化。

          A有效 = A + CA

式中:A—为托盘面积,是固定不变的;

      A—活动部分的环形面积;

C —活动部分的有效系数。

 

2-2-2  薄膜的位置

活动部分环形带宽约为皮膜直径的十分之一。

 

2-2-3  薄膜有效系数与挠度示意

调压器的薄膜通常用侵油皮革(牛皮、羊皮)、合成革、塑料涂层、尼龙等材料制造,通常也叫皮膜。薄膜材料要具有良好的气密性,对燃气具有耐性,并有一定的机械强度、弹性、耐热性及耐低温等性能。

薄膜一般为平面形,也可预制成碟形及波纹形。平面形薄膜大多选用合成革料,但灵敏度差、行程小(通常为膜片直径的7%9%),有效面积变化大,故多用于小型调压器。

碟形及波纹形膜片需专门进行加工制造,但灵敏度高。在一般情况下,当行程H 20毫米,直径D250毫米,厚度δ≤1毫米时,选择碟形膜片为宜。当行程H 20毫米,直径D 250毫米,厚度>1毫米时,选择波纹形膜片为宜。

注压橡胶片或塑料膜片,一般选用棉纶织物为衬垫料,锦纶纤维具有强高度,耐冲击、耐疲劳等优点。

三、调压器形状构造

由于调压器形状构造设计的不合理,常会引起从阀门流向出口的燃气产生紊乱现象,使供气压力不稳定。若将通过阀门的气流直接作用于薄膜上时,在流进阀口气流的冲力作用下,会造成薄膜向关闭阀门的方向移动,使供气压力降低。通过流量越大,这种现象越显著。因此设计时应注意调压器的形状构造,减少由于气流速度变化而引起静压的降低,并应避免燃气直接作用在薄膜上。

 

2-2-4  调压器形状与入口压力的关系

四、阀口结构

调压器的阀门有各种形式,按阀门的结构可分为单座阀及双座阀(图225)。

单座阀阀芯两侧分别承受进口压力和出口压力。出口压力是设定好的压力,故较稳定;而进口压力则受气源压力波动影响,因而因为影响到阀口的启闭。由于阀的两侧压力不同,因此增加了调压器前压变化对被调压力(出口压力)的影响。阀的两侧压差越大,影响越显著。这就是单座阀调压器的压力不稳定的原因之一。但在用户调压器及有些专用调压设备上常采用单阀调压器,那是因为这些场合中由于进口压力变化不大,而单座阀体积小、关闭性能好等原因因而被采用。单座阀根据阀芯结构分为硬阀及软阀。软阀阀衬采用皮革或合成胶,硬阀常采用椎形阀芯以提高密封性能。

双座阀在阀口启闭时受力均匀,使调压器进口压力对调压器阀门启闭几乎没有影响。双座阀的直径越为管径的57%61%

225中,(a,b,c,f)为单座阀,(d),(e)为双座阀。

 

2-2-5  阀口简图

a)盘形硬阀  b)锥形硬阀  (c)盘形软阀  (d)双座盘形阀 

(e)双座塞形阀  (f)孔口形阀 

在描述调压器的结构和工作原理时,大家常会用到阀门、阀口、阀芯的概念。一般说来,阀口 是一通道,指的是调压器中气体流经此处后,压力会发生改变,由进口压力P1变为出口压力。阀芯 指的是调压器中与阀口配合,随着皮膜而上下移动,改变阀口大小、开启或封闭阀口,改变气体流量的部件。而包括阀口和阀芯的这一套装置,就被叫做阀门

五、阀芯的开启度

调压器阀芯升起的最大高度,使燃气的流通面积不小于阀口面积时称为全开。阀全开的高度h与阀芯的断面有关。

设全开时有效高度为h,则

     式中d为阀孔孔径。

 

2-2-6  阀门流量特性曲线

1、直线  2、抛物线  3、对数曲线

226 中纵坐标表示相对通过能力的百分数,横坐标表示相对开启度的百分数。这些曲线是按照燃气在调压器中压力降为定值作出的,它是理想的特性曲线。

特性曲线的曲率与阀门断面、切口形状有关,最常见的是直线、抛物线和对数曲线三种。

调压器为达到调节降压作用,其阀口应小于进出口通道,以增加摩擦阻力、消耗能量、降低压力、调节流量。调压器其阀口的总面积为进出口管断面的65%75%

调压器全开高度h,它的有效时间距因考虑到阀口间隙通常为调压器的喉颈,病还可能受到阀芯导翼、阀杆等其他因素影响,通常把全开高度h 值提高为d/3

六、流量与压力比

压力比是指调压器出口压力与进口压力之比即P2/P1。压力比的最大值不超过1,因为不论压力如何变化P2总是小于等于P1。当压力比逐断减小,则流量逐渐增大。但当压力比小于一定值时,流量将不再增加,这一压力比称为临界压力比。

临界压力比与气体成分有关。

 

2-2-7  流量与压力

临界压力比P2P1

一般来说在其他条件相同的情况下,进出口压力对流量有很大关系。当压力比大于临界压力比时,进出口压力差越大,流量就越大,而且又随着两者的平均值提高而增加。

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