燃氣調(diào)壓器

燃氣調(diào)壓器的寫法

燃氣調(diào)壓器介紹

燃氣調(diào)壓器（gaspressureregulator）俗稱減壓閥，是通過自動改變經(jīng)調(diào)節(jié)閥的燃氣流量而使出口燃氣保持規(guī)定壓力的設備，通常分為直接作用式和間接作用式兩種。

直接作用式調(diào)壓器

由測量元件（薄膜）、傳動部件（閥桿）和調(diào)節(jié)機構(gòu)（閥門）組成。當出口后的用氣量增加或進口壓力降低時，出口壓力就下降，這時由導壓管反映的壓力使作用在薄膜下側(cè)的力小于膜上重塊（或彈簧）的力，薄膜下降，閥瓣也隨著閥桿下移，使閥門開大，燃氣流量增加，出口壓力恢復到原來給定的數(shù)值。反之，當出口后的用氣量減少或進口壓力升高時，閥門關(guān)小，流量降低，仍使出口壓力得到恢復。出口壓力值可用調(diào)節(jié)重塊的重量或彈簧力來給定。小型液化石油氣減壓閥和用戶調(diào)壓器都是直接作用式的。

間接作用式調(diào)壓器

它由主調(diào)壓器、指揮器和排氣閥組成。當出口壓力p2低于給定值時，指揮器的薄膜就下降，使指揮器閥門開啟，經(jīng)節(jié)流后壓力為p3的燃氣補充到主調(diào)壓器的膜下空間。由于p3大于p2,使主調(diào)壓器閥門開大,流量增加，p2恢復到給定值。反之,當p2超過給定值時,指揮器薄膜上升，使閥門關(guān)閉。同時，由于作用在排氣閥薄膜下側(cè)的力使排氣閥開啟，一部分壓力為p3的燃氣排入大氣，使主調(diào)壓器薄膜下側(cè)的力減小，又由于p2偏大，故使主調(diào)壓器的閥門關(guān)小，p2也即恢復到給定值。燃氣儲配站、區(qū)域調(diào)壓站和大型用戶專用調(diào)壓站，基本上都采用間接作用式調(diào)壓器。我國使用液化石油氣的熱水器和煤氣灶安全使用的燃氣壓力均為2800Pa，瓶裝液化石油氣鋼瓶內(nèi)煤氣壓力一般有4kg，通過鋼瓶前的減壓閥將煤氣壓力降到0.028kg（即2800Pa）后供熱水器或煤氣灶使用。

薄膜結(jié)構(gòu)對調(diào)節(jié)特性的影響

薄膜在燃氣調(diào)壓器中的作用是作為敏感元件感測燃氣壓力的變化，并將其與給定值比較，從而驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，帶動調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)節(jié)燃氣調(diào)壓器的出口壓力。燃氣調(diào)壓器主體中的薄膜結(jié)構(gòu)根據(jù)薄膜的數(shù)量可分為單薄膜結(jié)構(gòu)和雙薄膜結(jié)構(gòu)兩種；1單薄膜結(jié)構(gòu)壓力特性單薄膜燃氣調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)一般如圖1所示，圖中P0為薄膜上方腔體內(nèi)空氣壓力，單位為Pa，取大氣壓。閥桿受力平衡關(guān)系式為：p1A1+G+Ks=p2A1+p21A2(1)式中：p1——調(diào)壓器入口燃氣壓力，Pa；

圖1單薄膜結(jié)構(gòu)　A1——閥瓣受力面積，簡化取閥口面積，m2；G——活動組件總重量，N；K——彈簧剛度，N／mm；s——彈簧壓縮量，mm；p2——調(diào)壓器出口燃氣壓力，Pa；P21——薄膜下方腔體內(nèi)燃氣壓力，Pa；取p21與p2相等；A2——主薄膜有效面積[1]，m2。當p1波動Δp1時，假定閥桿在不移動的條件下能保持平衡[2]，引起p2的波動Δp2應滿足下式：(p1+Δp1)A1+G+Ks=(p2+Δp2)(A1+A2)(2)式(2)與式(1)兩邊相減得：Δp1A1=Δp2(A1+A2)即

雖然薄膜有效面積A2遠遠大于閥口面積A1，上式中Δp2/Δp1為一較小的數(shù)，但由于燃氣入口壓力p1通常遠遠高于燃氣出口壓力p2，所以人口壓力波動對出口壓力的影響仍會很大。這是因為單薄膜結(jié)構(gòu)對于入口壓力波動的影響沒有消除，是通過入口壓力波動引起的出門壓力變化再進行調(diào)節(jié)，降低了調(diào)節(jié)的效率和精度。2雙薄膜結(jié)構(gòu)壓力特性為減小入口壓力波動對出口壓力的影響，可采用雙薄膜的結(jié)構(gòu)，即在燃氣人口增加一個平衡薄膜，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2雙薄膜結(jié)構(gòu)此時閥桿的受力平衡關(guān)系式變?yōu)椋簆1A1+p21A3+G+Ks=p2A1+p21A2+p1A3同樣取p21=p2，整理得：p1(A1-A3)+G+Ks=p2(A1+A2-A3)(3)式中：A3——平衡薄膜的有效面積，m2。此時，若p1波動Δp1，仍設在閥桿不移動時引起p2波動Δp2，則有：(p1+Δp1)(A1-A3)+G+Ks=(p2+Δp2)(A1+A2-A3)(4)式(4)與式(3)兩邊相減得：Δp1(A1-A3)=Δp2(A1+A2-A3)整理得：

對于雙薄膜結(jié)構(gòu)，由上式可以得出這樣的結(jié)論：平衡薄膜的有效面積與閥口面積相差越小、主薄膜的有效面積越大，在入口燃氣壓力波動出現(xiàn)后，出口壓力的波動越小。以上分析是在閥桿平衡不被打破的條件下進行的，實際上當p1，p2波動時，閥桿的受力平衡將被打破，在燃氣壓力和彈簧彈力的綜合作用下，閥桿將移動，彈簧壓縮量s將發(fā)生變化，進一步影響p2，直至在新的條件下重新建立平衡。3單薄膜結(jié)構(gòu)和雙薄膜結(jié)構(gòu)流量特性雖然雙薄膜結(jié)構(gòu)對于降低入口壓力波動對出口壓力的影響很有效，但由于平衡薄膜抵消了一部分出口壓力作用于主薄膜上的力，所以這種結(jié)構(gòu)對于調(diào)節(jié)用戶流量改變引起出口壓力變化的能力有所下降。例如當入口壓力p1不變，輸出流量q1增加Δqv時，使出口壓力p2下降Δp2，彈簧壓縮量s減少Δs。對于單薄膜結(jié)構(gòu)，閥桿受力平衡關(guān)系式由式(1)變?yōu)椋簆1A1+G+K(s-Δs)=(p2-Δp2)(A1+A2)(5)式(5)與式(1)兩邊相減得：

為簡化計算，假定閥瓣位移量與流量變化成線性關(guān)系，即：Δs=ηΔqv(6)式中：η——系數(shù)。則：

對于雙薄膜結(jié)構(gòu)，閥瓣的受力平衡關(guān)系式由式(3)變?yōu)椋簆1(A1-A3)+G+K(s-Δs)=(p1-Δp2)(A1+A2-A3)(8)式(8)與式(3)兩邊相減得：

同理，將式(6)代入上式得：

由式(7)與式(9)可看出：雙薄膜結(jié)構(gòu)因用戶流量改變引起出口壓力的變化增加，使雙薄膜結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)能力有所下降，但下降程度不大。對于雙薄膜結(jié)構(gòu)可得出結(jié)論：主薄膜的有效面積越大，彈簧的剛度越小，在用戶流量改變時，出口壓力的波動越小。4結(jié)論　雙薄膜結(jié)構(gòu)具有更好的壓力調(diào)節(jié)特性，但流量調(diào)節(jié)特性略有削弱。通過減小平衡薄膜的有效面積與閥口面積的差，加大主薄膜的有效面積，減小彈簧的剛度，可以獲得優(yōu)良的調(diào)節(jié)效果。當然，主薄膜的有效面積要受到安裝尺寸的限制，不能過大；彈簧的剛度不能過小，否則不能在有效的壓縮范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。