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1、重庆界石仪表有限公司论文文件 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
2、 ：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，
3、来控制出口压力的稳定。 （配直接作用式的图） 重庆界石仪表有限公司论文文件 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 重庆界石仪表有限公司论文
4、文件 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， P2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
5、的作用，也就是 放大力量的作用。这样 P2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，P2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， 重庆界石仪表有限公司论文文件 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
6、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
7、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
8、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 重庆界石仪表有限公司论文文件 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
9、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。 重庆界石仪表有限公司论文文件 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。 AFV AFV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
10、=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。 重庆界石仪表有限公司论文文件 2：FL FL 型调压器是双向控制调压器。
11、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 重庆界石仪表有限公司论文文件 310L 与 FL 很相似，细节不同的就是指挥器皮膜下方，FL
12、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