燃气的压力调节及计量课件.ppt

1、第九章 燃气的压力调节及计量 第一节 燃气压力调节过程 一、调压器的工作原理 作用：降压并稳定在给定的出口压力。1调压器工作原理（见图9-1）调节阀门的平衡条件：N=Wg (N是气体作用于薄膜上的力 N=cFP Wg是重块重量)当出口压力降低(由入口压力降低或出口用气量增加引起)，NWg，薄膜下降，阀门开大，燃气流量增加，使出口压力升高；当出口压力升高(由入口压力增加或出口用气量减少引起)，NWg，薄膜上升，阀门关小，燃气流量减少，使出口压力下降；2调压器自调系统1)基本概念：被调参数(出口压力)：调节对象的输出信号干挠作用(入口压力和用气量的变化)：调节对象的输入信号 调节参数(流量)2)自

2、调系统方块图(见图9-2)3)分类定值调节系统：给定值不变随动调节系统：给定值随另一变化函数而变化系统调节系统：给定值按一定的时间程序变化 二、压力自动调节系统的过渡过程 系统处于静止状态状态时，称为静态；系统受到干挠后，各个参数都会发生改变，这种变动状状态态称为动态；自调系统在动态阶段，随时间变化的过程过程称为过渡过程。1.过渡过程的基本形式发散振荡过程：被调参数偏离给定值越来越大，在自调系统中应该避免。等幅振荡过程：被调参数偏离给定值呈周期变化，某些双位调节系统可用。衰减振荡过程：被调参数经过振荡后，接近给定值平衡状态，燃气压力调节系统可用。非振荡过渡过程(单调过程)：被调参数不经过振荡，

3、逐渐接近于给定值。2指标衰减比：表示衰减程度的指标，为前后两峰值之比。余差：表示静特性的指标 为过渡过程终了时的残余偏差。最大偏差：表示系统偏离给定值的程度，为被调参数与给定值的最大差值。过渡时间：表示被调参数达到稳定状态的快慢程度,为干挠发生到建立平衡的时间。振荡周期或频率：也表示被调参数达到稳定状态的快慢程度，周期为两波峰之间的时间，频率是周期的倒数。三、影响过渡过程动特性的因素1.调节对象的自行调整特性：在平衡条件破坏后，系统不依靠调压器，而在新的调节参数上达到稳定的能力。燃气管道是能够进行自行调整的，因此有利于调节过程的稳定。2.调节对象的容积系数：等于燃气管道中增加单位压力所需的燃气

4、量。容积系数越小、干扰的变化越剧烈时，进行调节就越困难，也越不易稳定。3.各种惯性产生的滞后：对调节的稳定性影响很大，特别是测量滞后和传送滞后影响更大，甚至使调节机构的动作方向与需要的方向相反，导致调节过程恶化并增大被调参数的变化范围。4.干挠的特性：是影响动特性的外因，当干扰是均匀而平稳时，能使调节过程平稳进行，容易达到稳定。第二节 调压器的调节机构及传动装置 一、调节机构及其计算(一)、调节机构 (阀门)1阀门的种类（如图9-5）单座阀(用户调压器和专用调压器采用)：能可靠地切断燃气，但是阀门两面受力不平衡，故调压器入口压力对出口压力影响较大。双座阀(区域调压器采用)：阀门两面受力基本平衡

5、，故调压器入口压力对出口压力影响不大。但是阀门不能关闭严密，不能可靠地切断燃气。2.阀门流量特性曲线：表示阀门的流量与开启程度的关系。前提：以燃气在调压器中的压力降为定值作出。有直线、抛物线、对数曲线三种。(二)、调节机构计算1.不可压缩流体：压降较小()，忽略燃气密度的变化 若不采用国际单位，上式可变为：(对应于阀口面积的阻力系数0与对应于连接管流通面积的阻力系数成正比)流通能力系数C：C是=1000kg/m3，压降为0.098lMPa时，流经调节阀的小时流量。08.0/1PPWFQ 22Wp PFQ2PFPFQ005095090004.5FCQ2.可压缩流体：压降较大()，不能忽略燃气密度

6、的变化物理模型：近似孔口出流1.考虑压缩因子，并按绝热压缩过程计算得下式：若不采用国际单位，上式可变为：式中：是考虑燃气密度变化的膨胀系数：(a.)理论值 (9-16)(b).经验值 图9-7 C是流通能力系数，可查表9-1 临界状态下的流量 c 对于空气用(9-18)计算 对于其他气体可乘一校正系数 08.0/1PP0200WFQ 110161046.1ZTPPCQ11015260ZTPPCQ2.用调节阀后的绝对压力P2代替调节阀前的绝对压力P1，(9-17)可变为(9-22)3.调压器实际状态下的参数用实验参数进行换算(假设、C、T1、Z1为常数)亚临界状态 临界状态4.调压器的计算流量(

7、额定流量)与最大流量关系5.调压器的计算流量，应按所承担的管网计算流量的1.2倍进行计算；调压器的压力降，应根据调压器前后的燃气管道的压力确定。1102/5260ZTPPCQ/20/02/00PPPPQQ/20/01/005.0PPPQQpQQ)2.115.1(max0三、传动装置 1薄膜的有效系数与挠度的关系 见图9-8 挠度为0：C=1，移动力全传给薄膜中心，不传给固定端。挠度为1/2：C=1/3，移动力的1/3传给薄膜中心，2/3传给固定端。挠度为1：C=0，移动力不传给薄膜中心，全传给固定端。带硬质圆盘的薄膜其有效系数与挠度的关系见图9-9，传动特性有所改变。注意：挠度须在0-0.5间

8、，以保证有效系数在1-2/3间。2薄膜的特性 膜片 一般做成平面形、碟形及波纹形，如图9-10所示。平面形膜片制造方便；但灵敏度差，行程小，有效面积变化大，多用于小型调压器。碟形及波纹形膜片制造较复杂，灵敏度高。当行程H20mm，直径D 250mm，厚度 l。时，以途择碟形膜片为宜。当膜片行程H20mm，直径D250mm，厚度lmm时，以选择波纹膜片为宜。膜片的结构 分为不带骨架及带骨架两种。前者制造简羊、弹性好、强度低；后者制造较复杂、强度高。带骨架的膜片结构如图9-11所示。第三节 燃气调压器 一、燃气调压器的种类通常调压器分为直接作用式和间接作用式两种 直接作用式调压器只依靠敏感元件（薄

9、膜）所感受的出口压力的变化移动调节阀门迸行调节。敏感元件就是传动装置的受力元件。使调节阀门移动的能源是被调介质；在间接作用式阔压器中；燃气出口压力的变化使操纵机构（例如指挥器）动作，接通能源（可为外部能源，也可为被调介质）使调节阀门移动。间接作用式调压器的敏感元件和传动装置的受力元件是分开的。按用途或使用对象分为：区域调压器、专用调压器及用户调压器。按进出口压力分为：高高压、高中压、高低压调压器，中中压、中低压调压器及低低压调压器。按结构可以分为：浮筒式及薄膜式凋压器（又可分为重块薄膜式和弹簧薄膜式）。若调压器后的燃气压力为被调参数，则这种调压器为后压凋压器。若调压器前的压力为被调参数则这种调

10、压器力前压调压器。城市燃气供应系统通常多用后压调压器。二、直接作用式调压器（一）液化石油气减压器薄膜上是弹簧结构，由调节螺丝确定给定值。随着流量的增加，(1)弹簧增长，弹簧力减弱，给定值降低；(2)薄膜挠度减小，有效面积增加；阀门的开度减小，燃气的出口压力降低。（二）用户调压器 适用于集体食堂、饮食服务行业、用量不大的工业用户及居民点。它可以将用户和中压管道直接连接起来，进行“楼栋调压”，其构造如图9-13所示。除具有体积小、重量轻的优点外，在结构上采取了一些措施。如增加薄膜上托盘的重量，则减少了弹簧力变化所给于出口压力的影响。导压管引入点置于调压器出口管的流速最大处，当出口流量增加时，该处动

11、压增大而静压减小，使阀门有进一步开大的趋势，能够抵消由干流量增加弹簧推力降低和薄膜有效回积增加而造成的出口匣力降低的现象。三、间接作用式调压器（一）轴流式调压器该调压器结构如图9-14所示。进口压力为P1，出口压力为P2，进出口流线是直线，故称为轴流式。轴流式的优点：燃气通过阀口阻力损失小，所以可以使调压器在进出口压力差较低的情况下通过较大的流量。（二）曲流式调压器曲流式调压器具有运转无声、关闭严密、调节范围广，结构紧凑等优点。可供城市燃气输配系统、配气站（门站）、区域调压及用户调压使用。结构及作用原理如图915所示。第四节 燃气调压站 一、调压站(调压计量站)的组成及其装置调压站在城市燃气管

12、网系统中是用来调节和稳定管网压力的设施。通常是由调压器、阀门、过滤器、安全装置、旁通管及测量仪表等组成。有的调压站还装有计量设备，除了调压以外，还起计量作用，通常将这种凋压站叫做调压计量站。1.阀门 调压站内燃气进出口应设置阀门，维修或事故时以切断燃气；调压站外燃气进出口应设置阀门，并与调压站相隔一定距离。2.过滤器 清除燃气中的固体悬浮物，以保障调压器和安全阀的正常工作。燃气通过过滤器的压力损失不得超过10kPa，压力损失过大时应拆下清洗。3.安全装置：以防止调压器失灵，出口压力过高。安全阀(安全切断阀和安全放散阀)监视器装置：图9-17 备用调压器的出口压力略高于正常工作调压器，备用常开。

13、调压器的并联装置：图9-18 正常调压器的出口压力略高于备用工作调压器，备用常闭。有安全切断阀，当出口压力过高时自动切断，使出口压力降低，备用调压器开始工作。4.旁通管 保证调压器维修时也能供气。对于低压管网不成环的区域调压站和连续使用的用户调压装置宜设置备用调压器，比旁通管更可靠。5.测量仪表 调压器人口安装指示式压力计，出口安装自记式压力计，自动记录调压器出口瞬时压力，以便监视调压器的工作状况。专用调压站通常安装流量计。二、调压站的分类及选择 按调压站的使用性质、调压作用和建筑形式可以分为各种不同的类型（表9-2）。在自然条件和周围环境条件许可时，宜设在露天，这是较安全和经济的形式。在环境

14、条件较差时，设在箱子里是一种较经济适用的形式。分为调压箱(悬挂式)和调压柜(落地式)两种设在地上单独的建筑物内是我国以往用得较多的一种形式(与采用人工煤气需防冻有关)当受到地上条件限制，燃气相对密度不大于0.75，且压力不高时才可设置在地下(高压燃气、气态液化石油气的调压装置不得设在地下调压室）。调压站设置：地上调压站的设置应尽可能避开城市的繁华衙道。可设在居民区的街坊内或广场、公园等地。调压站应力求布置在负荷中心或接近大用户处。凋压站的作用半径，应根据经济比较确定。调压站为二级防火建筑，与周围建筑物之间的安全距离应符合表9-3的规定。三、调压站的布置（一）区域调压站 通常布置成一宇形，形或L

15、形，如图9-20所示。因城市输配管网多为环状布置，一个调压站所供应的用户数不是固定不变的，因此在区域凋压站内下必设置流量计。（二）专用调压站 工业企业和公共事业用户通常用气量较大，可以使用较高压力的燃气，这些用户与中压或高压燃气管道连接较为合理。专用凋压站要安装流量计，选用能够关闭严密的单座阀调压器，安全装置应选用安全切断阀。不仅压力过高时耍切断燃气通路，压力过低时也要切断燃气通路。（三）箱式调压装置当燃气直接由中压管网供给居民用户时，应将燃气压力通过用户调压器直接降至低压。常将用户调压器装在金属箱中挂在墙上，如图9-211所示。当箱式调压装置设在密集的楼群中时，安全放散阀可以不用，只用安全切

16、断阀。有的城市采用进口的用户调压器，将用户调压器安装在燃气表前的室内管道上，运行效果良好，但在规范中尚未明确规定。第五节 燃气的计量 一、容积式流量计根据流过的流体体积测定其流量。1.膜式计量表工作原理见图9-22 膜式表的结构为装配式，便于维修。外壳多用优质钢板，采用粉末热固化涂层，耐腐蚀能力强。阀座及传动机构选用优质工程塑料，使用寿命长。铝合金压铸机芯，合成橡胶膜片，计量容积稳定。可以计量人工燃气，天然气和液化石袖气。该表的性能曲线如图9-23所示。膜式表除用于民用户计量外，也适用于燃气用量不太大的公共建筑用户和工业用户。（二）回转式流量计可测气体(罗茨流量计)，也可测液体(椭圆齿轮流量计

17、）1.罗茨流量计构造及工作原理 如图9-24罗茨流量计的优点是体积小，流量大，能在较高的压力下计量。目前主要用于工业及大型公用事业用户的气体计量。2.椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计主要用于液态液化石油气的计量。构造及工作原理 如图9-25所示（三）湿式流量计湿式流量计结构简单、精度高、使用压力低、流量较小。通常用在实验室中及用来校正民用燃气表。构造及工作原理 如图9-26二、速度式流量计 速度式流量计按叶轮的形式可分为平叶轮式和螺旋叶轮式四种。平叶轮式的叶轮有径向的平直叶片、叶轮轴与气流方向垂直，称为叶轮表。螺旋叶轮式的叶片是按螺旋形弯曲的，叶轮轴与介质流动的方向平行，称为涡轮表。工作原理 当流

18、体以某种速度流过仪表时，使叶轮旋转，叶轮的转速和流体的流速成正比，因此也和流量成正比。转速和流量关系式：速度式流量计测量范围较宽，误差小惰性小。Qcn三、差压式流量计 工业上采用。工作原理 流体通过节流件产生压力降，压力降与流体流速流量成正比。结构 差压式流量计包括两部分：一部分是与管道连接的节流件（节流件可以是孔板，喷嘴和文丘里管三种，燃气流量的测量中，主要是用孔板），另一部分是差压计，它被用来测量孔板前后的压力差。差压计与孔板上的测压点借助于两根带压管连接，差压计可以制成指示式的或自动记录式的。四、涡街式流量计 涡街式流量计属干流体振荡型仪表 作用原理 如图9-27所示。当流体绕流于一个断面为非流线型的物体时，会产生涡街，其旋涡剥离频 率与流体流速流量成正比：信号的检测方法有单热敏电阻怯与双热敏电阻袂、应变电阻检测法以及振动球式电磁检测法等。具有无运动部件，稳定性和再现性好、精度高、仪表常数与介质物性参数无关、适应性强以及信号便于远传等特点。kQf