轴流式调压器改1.docx
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轴流式调压器改1
浅谈轴流式调压器的优缺点及意义
权竹山穆宁冯明星
摘要:
调压器是燃气输配系统中最核心的设备之一。
调压器又分为直接作用式和间接作用式两种。
直接作用式分为杠杆式和直杆式两种。
间接作用式按指挥器分为双向控制式和卸载式两种。
间接作用式按阀体流道性质来分有曲流式和轴流式两种。
轴流式调压器的压力损失和流量损失,是目前所有自力式调压器中性能最好的。
同时也是最复杂的。
代表了调压器的最高设计和制造水平。
轴流式调压器的阀芯阀瓣和阀口受力平衡,设计精巧。
研究轴流式调压器意义重大。
本文集中讨论轴流式的特点。
关键词:
轴流式,间接作用式,阀套式结构,指挥器
目录 1:
调压器基本原理
2:
调压器分类
3:
指挥器分类
4:
轴流式的原理
5:
轴流式调压器阀芯阀瓣和阀口的受力分析
6:
国外常见轴流式调压器的结构、性能、优缺点对比
7:
结论及总结
一:
调压器基本原理
所谓调压器,简单的说就是把气体压力降低,且要保证在进口压力波动和流量变化时,出口压力保持稳定不变(在精度范围内)。
减压靠的是节流。
简单的说,就是流体从小口径的通道流向大口径的通道,那么压力会降低。
古今中外所有调压器,莫出其类。
出口压力如何保持稳定不变?
以直接作用式为例,靠的是反馈机构,将出口压力反馈到皮膜下方,靠弹簧的稳定作用,适当改变阀口开度,从而调节前压到出口端的多少,来控制出口压力的稳定。
(配直接作用式的图)
例如:
出口压力P2下降,皮膜下方的压力降低,那么弹簧力往下运动,引起阀口开度增大,前压更多的补充到出口,让出口压力P2上升。
这样刚开始下降,后来上升,就实现了出口压力恒定。
反之出口压力P2上升,同理。
由此我们得出调压器工作的核心:
1:
减压,且稳压,尽可能提高精度。
2:
关闭性能。
当气流停止流动时候,阀口前面是高压,阀口后面是低压,要靠阀口和阀瓣实现完全隔离密封。
二:
调压器分类
调压器又分为直接作用式和间接作用式两种。
直接作用式调压器一般分为直杆式和杠杆式两类。
直杆式杠杆式
间接作用式按“指挥器”分为双向控制式和卸载式两种。
间接作用式按“阀体流道”分为轴流式和曲流式两种。
三:
指挥器的分类
要谈轴流式调压器之前,必须对指挥器进行了解和分析。
1:
双向控制指挥器的调压器
这个结构按照国外文献介绍,叫做双向控制指挥器间接作用式调压器。
(也有称为加载式的)
间接作用式很典型的特点就是有一个负载压力,PL。
很关键!
它起一个推波助澜,放大驱动力的关键作用,
简单的理解,比如,出口压力P2下降,ΔP2很小的情况下,不足以直接驱动主阀阀瓣运动。
但是通过指挥器,P2下降,造成PL增大。
而PL增大和P2下降,都是让主阀阀芯向同一个方向运动。
相当于起到了推波助澜的作用,也就是放大力量的作用。
这样ΔP2即使很小,也可以让阀芯运动,调节精度和流量了。
2:
卸载式带指挥器的调压器(配原理图和实物图)
这个结构按照国外文献介绍,叫做卸载式指挥器间接作用式。
简单的理解,比如,出口压力P2下降,ΔP2很小,不足以直接驱动主阀阀瓣运动。
但是通过指挥器,P2下降,造成PL下降。
而PL下降,会导致主阀的皮膜打开,然后主阀前压进入到主阀后端,这样又可以致使出口压力P2上升,如此循环,就起到了稳压的作用了。
注意PL下降的时候,前压P1通过固定节流器传过来的气体,补充不够PL的下降。
注意,这种结构的调压器,阀瓣的运动,也就是一层可动的隔膜的运动,是直接取决于P1和PL的相对大小来决定的。
当调压器停止工作时,即关闭时候,PL=P1,那么阀口关闭,靠的是内部弹簧力的作用。
目前间接作用式的调压器指挥器结构都不出这2种形式。
各家厂家各种类型,无非是围绕这2种结构形式,把每个环节做得更好,来提高精度罢了。
更多细节参考2013年论文
当然,轴流式调压器的指挥器也是属于以上两种形式。
双向控制指挥器的调压器,因为后压同时作用于指挥器皮膜与主阀皮膜上,出口压力的变动在两者同时产生影响,主阀芯反应更灵敏,因此双向控制式指挥器比卸载式精度更高。
四:
轴流式的原理
轴流式曲流式
可以明显看出,轴流式调压器就是进口高压端与出口低压端的流道,在同一个轴线上。
相对其他形式的调压器而言,流量损失最小,压力损失最小。
所以它可以实现低压差,大流量。
性能卓越!
轴流式的指挥器可以是双向作用式,也可以是卸载式。
轴流式调压器完全迥异于普通调压器S型的流道结构,它让介质在阀体内,轴向且顺着圆形流道流动,流体在阀体内的流向转变很小,能量损失很少。
基本没有介质流动死角。
整体铸造或锻造的圆型阀体结构承压性能更好。
曲流式调压器的流通能力受“S”形流道结构约束,介质在流道内经流向改变至少2次以上,动能损失大,易形成旋涡,互相碰撞,消耗能量。
而且调压器口径越大,阀口或者阀瓣的行程越长(有的是阀口固定阀瓣运动,有的是阀瓣固定阀口运动),调节灵敏度降低,整体结构笨重,驱动力需求更大。
轴流式调压器的阀体流道呈一字方向,轴向设计,并且在阀体内腔设计有流线型圆锥导流体,引导流体的流动状态及流向,使管道流体分布均匀,压力均衡。
五:
轴流式调压器阀芯阀瓣和阀口的受力分析比较
阀瓣的受力状态非常重要,它如果能够很自由灵活的运动,运动所需的驱动力很小,那么该调压器的精度就高,流量就大。
如杠杆式直接作用式调压器,前压对阀瓣的力,没有平衡设计,没有得到平衡。
精度就很一般
如果采用了平衡阀芯设计,那么后压基本就不会随着前压变化而变化了。
比如直杆式调压器往往设计了平衡皮膜设计。
(细节参考2011年的论文。
)
几乎所有的间接作用式调压器都采用了不同的,各种各样的方法,来平衡前压对阀瓣的作用力。
这里谈谈轴流式的阀瓣与阀口受力分析。
这是FL的结构图。
这里阀芯是固定的,阀口是活动的,阀口在水平方向基本没有收到前压的影响,运行时候受前压影响力为0。
关闭时候只受后压很小面积的力,方向往左,更有利于关闭。
310L轴流式阀芯阀瓣受力状态基本相同。
AFVAFV轴流式调压器同时又是卸载式指挥器调压器,所以它的橡胶阀套受P1和PL同时作用,大部分时候P1=PL。
这样就解决了阀瓣受力的平衡问题。
六:
几种轴流式调压器比较
目前国产轴流式调压器较少,国外常见的有AFV、FL,310A几种
1:
AFV。
AFV是卸载式指挥器调压器。
指挥器是一级调压,可以带平衡皮膜。
AFV将前压通过固定节流器节流后,导入阀体和皮膜套形成的空间内,形成负载压力PL,负载压力PL在指挥器的调节下,该负载压力与皮膜套内的前压形成平衡,后压变动时,在指挥器控制下,负载压力发生相应变化,达到平衡时,出口压力维持到设定值。
总结:
卸载式,指挥器1级调压,指挥器可以带平衡皮膜。
2:
FL
FL型调压器是双向控制调压器。
前压P1首先通过指挥器的第一级调压器(固定减压不可调节),输出一个相对稳定的压力进入指挥器,经指挥器第二级调压后输出负载压力PL,到使主阀关闭皮膜的一端,与皮膜另一端的后压P2及主阀弹簧形成平衡。
后压变动时,在指挥器控制下负载压力发生相应变化,达到平衡时,出口压力维持到设定值。
FL是双向控制作用式调压器,同时引入指挥器两级调压来屏蔽前压波动的影响。
所以他的调压精度更高。
简单的说,就是指挥器采用了二级调压。
第一级是固定不可调节的,同时设计了平衡装置。
可谓超级复杂。
3:
310A
310L与FL很相似,细节不同的就是指挥器皮膜下方,FL是引的出口压力P2,而310L是引的中间负载压力PL。
我们的理解是对于双向负载式指挥器而言,P2和PL基本相差不大。
引哪个压力到指挥器皮膜下方都可以。
正如卸载式指挥器而言,P1和PL大部分时间相等。
细节再另文分析。
其他就不赘述了。
总结:
轴流式,双向控制式,指挥器2级调压,指挥器第一级是固定调压。
第二级调压带了平衡设计。
七:
总结
轴流式调压器优点很多,综合而言,各方面性能俱佳。
如果非要说缺点的话,就是加工难度大。
尤其是指挥器方面,往往设计了两级调压,同时为了节约体积,国外产品就做的很精巧很复杂。
理解消化起来有一定的困难。
在大中型门站调压站分输站,中高压,大流量,低压差等场合,轴流式调压器表现卓越。
相对而言,双向控制式比卸载式精度更高,加上FL,310L的指挥器是2级调压,所以FL,310L比AFV精度更高。
但成本也更高,加工难度也更大。
最后,我们重庆界石仪表有限公司目前还是一个成长型学习型的企业,研究还不够深入,虽然企业历史久,但学无止境,希望各位专家同行们,不吝赐教,指出我们的不足,共同进步。
谢谢大家。
作者:
穆宁:
重庆界石仪表公司工程师
冯明星:
重庆界石仪表公司工程师
权竹山:
重庆界石仪表公司总工程师
参考文献:
1:
FISHER样本
2:
AFV样本
3:
重庆界石样本
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- 轴流 调压器