燃?xì)庹{(diào)壓器選型計(jì)算說明書

                             燃?xì)庹{(diào)壓器選型計(jì)算說明書


                              上海申弘閥門有限公司
一、調(diào)壓器出口法蘭處的速度
調(diào)壓器出口法蘭處的速度，即等于調(diào)壓器后端管道流速，明確大小見管道平均速度的計(jì)算結(jié)果。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。

燃?xì)庹{(diào)壓器（gas pressure regulator）俗稱減壓閥，也叫燃?xì)庹{(diào)壓閥是通過自動改變經(jīng)調(diào)節(jié)閥的燃?xì)饬髁浚钩隹谌細(xì)獗３忠?guī)定壓力的設(shè)備。通常分為直接作用式和間接作用式兩種。
調(diào)壓器是燃?xì)夤苈飞系囊环N特殊閥門，無論氣體的流量和上游壓力如何變化，都能保持下游壓力穩(wěn)定的裝置。
調(diào)壓器應(yīng)能夠：1、將上游壓力減低到一個(gè)穩(wěn)定的下游壓力； 2、當(dāng)調(diào)壓器發(fā)生故障時(shí)應(yīng)能夠限制下游壓力在安全范圍內(nèi)。理想的燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)將氣體從井口輸送到終用戶不需要調(diào)壓器，這樣的理想供應(yīng)系統(tǒng)得以維持的條件是用戶需求恒定，礦井的供給能力恒定，同時(shí)兩者之間是一致的，這樣的系統(tǒng)實(shí)際上不可能存在。為此，相應(yīng)的裝置-調(diào)壓器-應(yīng)運(yùn)而生。
調(diào)壓器大的功用是保持燃?xì)庠谑褂脮r(shí)有穩(wěn)定的壓力，從而保證燃?xì)庥镁叩玫椒€(wěn)定的燃空比（燃?xì)馀c空氣的配合比例）；燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中使用調(diào)壓器將氣體壓力降低，并穩(wěn)定在一個(gè)能夠使氣體得到安全、經(jīng)濟(jì)和利用的適當(dāng)水平上。燃?xì)庹{(diào)壓器是液化石油氣安全燃燒的一個(gè)重要部件，連通在鋼瓶和爐具之間。
調(diào)壓器不僅能把瓶內(nèi)的高壓石油氣變?yōu)榈蛪菏蜌猓◤?80千Pa降至100千Pa左右），還能把低壓氣，穩(wěn)定在適合爐具安全燃燒的壓強(qiáng)范圍內(nèi)。即做到經(jīng)它輸出的石油氣，在爐具火孔處的氣壓，隨地隨時(shí)地比外界大氣壓值大2940Pa左右，因此實(shí)際上調(diào)壓器是一種自動穩(wěn)壓裝置．
人們習(xí)慣地把它稱為減壓器，是只注意到了它降壓的功能，而忽視了它穩(wěn)壓的本領(lǐng)．調(diào)壓器整個(gè)設(shè)計(jì)之巧妙精細(xì)，正是表現(xiàn)在它的穩(wěn)壓本領(lǐng)方面，本文擬在這方面作詳盡的說明。
下圖是調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)圖，它主要由手輪、進(jìn)氣管、上閥蓋、下閥蓋、橡皮膜、進(jìn)氣噴嘴、閥墊、一個(gè)小杠桿、出氣管等零部件組成。調(diào)壓器中間是一塊圓形的橡皮膜，它把調(diào)壓器分為上下兩個(gè)氣室。上氣室內(nèi)有一彈簧，上端連著調(diào)節(jié)螺蓋，下端連著橡皮膜。在上閥蓋邊沿處有一個(gè)直徑為0.8毫m的小孔，使上氣室與外界相通，此孔形象地稱為呼吸孔．下氣室中有一個(gè)精黃銅制成的杠桿，總長為5cm左右，轉(zhuǎn)動性能非常靈敏。
杠桿右端與橡皮膜中心連接在一起，左端粘著閥墊，緊扣在進(jìn)氣噴嘴上，對噴出的高壓石油氣產(chǎn)生阻尼作用。此杠桿左右兩端離支點(diǎn)距離為左短右長，是不等臂杠桿．其表現(xiàn)特點(diǎn)為：對杠桿右端作用力的微小變化，勢必使杠桿左端的作用力產(chǎn)生一個(gè)較大的變化。在原理上講，實(shí)現(xiàn)了對力的放大；在效果上講，增加了對高壓氣的阻尼作用。為了更清楚地闡明調(diào)壓器的工作原理，有必要弄清楚這個(gè)問題：氣體安全燃燒應(yīng)具備什么條件？ 固體燃料要安全燃燒，要具備兩個(gè)條件：一是適量的助燃?xì)怏w

調(diào)壓器工作原理
（空氣或氧氣），二是燃燒物質(zhì)保持一定的溫度（通常高于著火點(diǎn)）。
固體燃燒時(shí)，已燃部分對未燃部分的傳熱方式是傳導(dǎo)和輻射，燃燒方向是由外向其中心發(fā)展．固體燃燒時(shí)發(fā)生熱膨脹，體積變大，但變化不大，其位移幾乎為零。氣體燃燒時(shí)，已燃部分對未燃部分的傳熱方式，除了傳導(dǎo)和輻射外，增加了對流方式，燃燒方向是由中心向外發(fā)展。氣體燃燒時(shí)發(fā)生劇烈熱膨脹，其生成物的體積為燃燒前體積數(shù)百千倍，并以較快速度發(fā)生位移①．因此僅滿足上述的兩個(gè)條件，是無法使氣體安全燃燒的。
現(xiàn)代燃燒理論告訴我們，氣體安全燃燒還必須具備第三個(gè)條件，即維護(hù)一定大小的氣壓差，使燃?xì)獾某鰵馑俣鹊扔谌紵俣取Ｖ挥羞@樣，在一定范圍內(nèi)達(dá)到動態(tài)平衡，火焰就能維持穩(wěn)定狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)氣體的安全燃燒。若出氣壓強(qiáng)過大，就會使出氣速度大于燃燒速度，造成火焰離開火孔一定距離燃燒，此現(xiàn)象術(shù)語叫做離焰。若燃?xì)鈮簭?qiáng)繼續(xù)上升，火焰將離火孔更遠(yuǎn)處燃燒，火焰的穩(wěn)定性②遭到進(jìn)一步破壞，火焰飄忽不定，直至后*熄滅，這種現(xiàn)象叫做脫火。脫火時(shí)，燃?xì)鈺^續(xù)外泄，在空氣中形成大量的有毒氣體或爆炸性氣體，極易引發(fā)事故；若燃?xì)鈮簭?qiáng)過小，會使燃燒速度大于出氣速度，造成火焰會進(jìn)入火孔繼續(xù)燃燒，這現(xiàn)象叫做回火。回火時(shí)，形成缺氧狀態(tài)的不*燃燒，產(chǎn)生大量有毒氣體，還會向外溢出石油氣，也極易引發(fā)事故。
經(jīng)工程技術(shù)人員大量實(shí)驗(yàn)，不僅證實(shí)了氣體安全燃燒要維持一定氣壓差，而且還證實(shí)了不同成份的氣體，安全燃燒所需要的氣壓差并不相同。例如：人工煤氣，80—100mm水柱；液化石油氣，250—350mm水柱．前文提到的2940Pa正是這兩個(gè)數(shù)值的平均值。
讓我們回到調(diào)壓器原理上來。當(dāng)我們打開鋼瓶上的角閥（即通氣開關(guān)）時(shí)，高壓石油氣通過進(jìn)氣管沖開閥墊進(jìn)入下氣室，隨著下氣室氣體的增多，下氣室壓強(qiáng)就會升高，逼使橡皮膜向上凸起。上氣室體積逐步變小，當(dāng)上氣室壓強(qiáng)大于大氣壓時(shí)，室內(nèi)空氣從呼吸孔緩慢排出，完成了調(diào)壓器一次呼氣過程。在這一過程中，杠桿右端上移，左端則下壓，使進(jìn)氣噴嘴逐步關(guān)閉，停止供氣，使下氣室壓強(qiáng)不再上升。
當(dāng)打開燃?xì)鉅t開關(guān)后，由于燃?xì)庀蛲廨敵觯職馐覊簭?qiáng)變小，橡皮膜下凹，帶動杠桿右端下移左端上動，閥墊開啟，高壓石油氣進(jìn)入下氣室．在這一過程中，上氣室體積逐漸變大，當(dāng)它的壓強(qiáng)小于外界大氣壓時(shí)，空氣從外經(jīng)呼吸孔進(jìn)入上氣室，完成了調(diào)壓器一次吸氣過程。
因此，在爐具燃燒過程中，橡皮膜不停地上凸下凹，閥墊由杠桿帶動，也隨著不斷關(guān)閉開啟。在整個(gè)動態(tài)變化中，我們只要保證調(diào)壓器中的杠桿，它左、右兩力臂（注意左短右長的特點(diǎn)）之長，有一個(gè)合理的比例，加上橡皮膜與彈簧對杠桿右端，施加一個(gè)大小適當(dāng)?shù)暮狭Γ湍茏岄y墊開啟時(shí)間遠(yuǎn)小于關(guān)閉時(shí)間，并讓這兩段時(shí)間有一個(gè)恰當(dāng)?shù)谋戎怠＿@個(gè)恰當(dāng)比值，就保證了下氣室的氣壓，始終比上氣室大2940Pa左右。對于上氣室氣壓來講，可近似地認(rèn)為就是當(dāng)時(shí)外界的大氣壓值③．這樣就使燃?xì)怆x開火孔處的壓強(qiáng)，永遠(yuǎn)比大氣壓值大2940Pa左右，燃?xì)庠诜€(wěn)定狀態(tài)下燃燒．這是調(diào)壓器設(shè)計(jì)上的*個(gè)精妙之處。
第二個(gè)精妙之處，表現(xiàn)在呼吸孔的設(shè)計(jì)上，是那樣*。一是呼吸孔為什么開鉆在上閥蓋的邊沿上？而不是開鉆在易于鉆孔的其它位置？二是呼吸孔直徑為0.8毫m，僅能穿過小號的銹花針，孔徑為什么如此之小？
小孔開鉆在閥蓋的邊沿上，是為了讓它緊靠橡皮膜。如果下氣室氣壓過大，橡皮膜就向上凸起，立刻堵住呼吸孔，防止了上氣室中的空氣由呼吸孔向外排出。根據(jù)玻意耳特定律可知，被密閉在上氣室內(nèi)一定質(zhì)量的空氣，在體積變小的過程中，其壓強(qiáng)不斷變大。即是pV=常量．防止了橡皮膜因上下氣壓懸殊過大而破損，避免了因膜片破損造成石油氣外泄事故的發(fā)生。
呼吸孔直徑為0.8毫m，但孔深卻在1cm左右，這兒充分應(yīng)用了流體力學(xué)知識。流體在運(yùn)動時(shí)，由于阻滯作用會存在內(nèi)摩擦力．孔洞面積越小，深度越大，內(nèi)摩擦力就越大，阻尼效果就明顯——每秒流量變小。這樣，上氣室在呼氣和吸氣時(shí)，有一個(gè)較長的時(shí)間過程，從而保證了在動態(tài)變化中，在石油氣增減壓強(qiáng)時(shí)，不是迅猛增加，也不是迅猛減少，就能讓火焰穩(wěn)定燃燒，體現(xiàn)了動態(tài)平衡的調(diào)節(jié)過程。


二、管道中平均速度
將標(biāo)況流量換算成工況下的流量，再依據(jù)工況流量確定合適的管徑，換算公式如下：




(一)調(diào)壓柜型號規(guī)格為：200m3/h(2+0）
1.進(jìn)口管徑的確定
1)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：

2)當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=50mm，計(jì)算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
3)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：

4)當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=65mm，計(jì)算管道流速：

(二)調(diào)壓柜型號規(guī)格為：250m3/h(2+0）
1.進(jìn)口管徑的確定
5)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：

6)當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=50mm，計(jì)算管道流速：



    
2.出口管徑的確定
7)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：

8)當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=80mm，計(jì)算管道流速：

(三)調(diào)壓柜型號規(guī)格為：300m3/h(2+0）
1.進(jìn)口管徑的確定
9)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：

10)當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=50mm，計(jì)算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
11)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：

12)當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=80mm，計(jì)算管道流速：

(四)調(diào)壓柜型號規(guī)格為：400m3/h(2+0）
1.進(jìn)口管徑的確定
13)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：
當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=65mm，計(jì)算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
14)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：

15)當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=100mm，計(jì)算管道流速：

(五)調(diào)壓柜型號規(guī)格為：600m3/h(2+0）
1.進(jìn)口管徑的確定
16)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：
當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：
根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=80mm，計(jì)算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
17)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：

18)當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：
根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=125mm，計(jì)算管道流速：

(六)調(diào)壓柜型號規(guī)格為：1000m3/h(2+0）
1.進(jìn)口管徑的確定
19)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：
當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：

根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=100mm，計(jì)算管道流速：
    
2.出口管徑的確定
20)當(dāng)氣體壓力低，溫度高時(shí)，具有大體積流量，故有：
當(dāng)氣體壓力高，溫度低時(shí)，具有小體積流量，故有：
根據(jù)技術(shù)表要求：管道流速，取 計(jì)算管徑

取管徑DN=150mm，計(jì)算管道流速：




三、調(diào)壓器的壓降
直接作用式調(diào)壓器的壓降為：
（壓力只要低于彈簧設(shè)定壓力就可以正常工作，壓差特別小的時(shí)候它的工作狀態(tài)就近似直通）
四、調(diào)壓器閥口開度
（一）200m3/h(2+0）～250m3/h(2+0）,選擇進(jìn)口調(diào)壓器Actaris的產(chǎn)品RBE3212
根據(jù)選型資料，當(dāng)進(jìn)口壓力為0.2MPa時(shí)，大流量
根據(jù)調(diào)壓器出口流量與閥口開度成比例
當(dāng)調(diào)壓柜流量為時(shí)，故有：

當(dāng)調(diào)壓柜流量為時(shí)，故有：

（二）300m3/h(2+0）～600m3/h(2+0）,選擇進(jìn)口調(diào)壓器Actaris的產(chǎn)品RBE1812
根據(jù)調(diào)壓器出口流量與閥口開度成比例
當(dāng)調(diào)壓柜流量為時(shí)，故有：

當(dāng)調(diào)壓柜流量為時(shí)，故有：

當(dāng)調(diào)壓柜流量為時(shí)，故有：

（三）1000m3/h(2+0）,選擇進(jìn)口調(diào)壓器Actaris的產(chǎn)品RBE4012
根據(jù)調(diào)壓器出口流量與閥口開度成比例
當(dāng)調(diào)壓柜流量為時(shí)，故有：與本文相關(guān)的論文有：中國閥門產(chǎn)值遞增