1．概述
燃氣輸配系統的壓力調節有三種型式的産品，自力式調節閥、軸流式調壓器和曲流式調壓器，都是以橡膠薄膜作爲傳動裝置。在工作時，自力式、軸流式調壓器利用上、下膜室壓差克服彈簧密封比壓力實現壓力平衡調節；曲流式調壓器利用上、下膜室壓差克服彈簧複位作用實現壓力平衡調節。橡膠薄膜不僅要克服彈簧力實現壓力平衡調節的強度要求，滿足膜墊通道口的節流截止密封，還要滿足密封截止後介質通道孔的剪切力作用。這樣，調壓器的壓力調節範圍和調節精度就受到很大局限，使用壽命也受到很大影響，特別是調節工作壓力範圍在10.OMPa壓力級時，橡膠薄膜強度很難滿足使用要求。隨著生産裝置的大型化和高參數化，對調壓器使用的安全性、功能的可靠性以及使用壽命等方面提出了更高更嚴格的要求。
本研究項目以氣動學、自動控制爲理論基礎，在燃氣輸配系統工藝設計、調節原理/技術、壓力余差補償、節流降壓、流量壓力特性等方面的研究，應用了大量的新理論、新方法、新技術，提出了“膜片恒壓差動態平衡調節原理”、“穩壓閥控制壓力余差方法”和“高壓差阻尼節流降壓結構”等一系列屬國內外首創的方法、技術。通過建立實驗室計算機流量和壓力特性動態平衡調節模型，用數理統計選出適合工況條件的關閉壓力、穩壓精度等綜合性能參數，形成核心技術。突破了PN≥IO.OMPa高壓力級的技術壁壘，解決了國內外傳統調壓器長期存在橡膠膜片使用壽命短、調節壓差低的難題，油氣工程專家評價達到國際先進水平。在全國各天然氣集輸工程得到廣泛推廣應用，項目的安全可靠性和高效節能已被市場所認可，已經在四川氣田、吉林油田、長慶油田、新疆氣田等得到了推廣應用，提高了我國重大技術裝備的國産化技術水平。
文中符號注釋：
P1——主閥進口壓力(MPa)
P2——主閥出口壓力(MPa)
P3——主閥膜片上腔控制氣室壓力(MPa)
△P——橡膠膜片上下氣室壓差(MPa)，△P=P1-P3
F下——主閥控制氣室向下作用力(N)
F上——膜片下腔密封氣室向上作用力(N)
F彈——复位彈簧力(N)
S——橡膠膜片有效面積(***)
S杆——閥杆面積(***)
S1——閥芯小頭面積(***)
2．設計思路
該調壓器由主閥、指揮閥、穩壓閥、失压安全保护阀组成。主阀的阀套上方设置膜垫，以橡胶薄膜片作为传动 机构，阀杆、阀芯、阀座作为执行机构，主阀阀芯设计为圆柱台阶柱塞形阀芯，其上、下端面由平衡孔连通，底端面嵌非金属环形密封垫，与阀座锥面凸台端面组成密封副。指挥阀根据主阀进出口压力的变化，由信号管反馈到指挥阀膜室，改变閥門开启度，实现阀前阀后压力调节指挥和压力超高切断控制。穩壓閥由上、下盖之间的阀盒，及阀盒内装置的阀杆、彈簧、橡胶膜片组成，其作用是利用介质压力和彈簧力，让主阀进出口压力的变化总是使主阀膜室的控制压力向趋于设定的压力稳定方向变化，增大调节范围，降低调节压力余差值，提高调节精度。失压保护阀的作用是当介质压力过低不能满足用户正常使用时，失压保护阀自动切断关闭信号压力源，主阀也随之切断密封。
3．工作原理
该调压器为间接作用式，主阀与指挥阀、穩壓閥、过载失压保护阀采用信号管接通，由指挥阀感测出口或进口被控压力信号并控制主阀的开启度变化；穩壓閥消除进出口压力变化对调压的影响，使主阀膜室的控制压力向设定的压力趋于稳定。
(1)在平衡状态时，主阀橡胶膜片上、下气室平衡，即主阀彈簧力和进口压力P1S與控制氣室壓力P3S平衡。
(2)當出口處的負荷減少或入口壓力P1增加時，燃氣出口壓力P2升高，反馈作用在指挥器橡胶膜片上的压力升高，破坏了和指挥器彈簧的平衡，使橡胶膜片带动阀杆向上移动，阀口开度减小。穩壓閥阀口开度增大，主阀上膜室压力升高，压迫主阀阀芯下移，使阀口开度减小，流量减少，出口压力P2降低，恢複到給定值。
(3)當出口處的負荷增加或入口壓力P1降低時，燃氣出口壓力P2降低，反馈作用在指挥器橡胶膜片上的压力也降低，同样破坏了和指挥器彈簧的平衡，使橡胶膜片带动阀杆向下移动，阀口开度增大。穩壓閥阀口开度减小，主阀上膜室压力降低，主阀阀芯在下膜室压力作用下上移，使阀口开度增大，流量增加，出口压力P2升高，恢複到給定值。
(4)当负荷增加或主阀膜片损坏，即出口压力高于或低于调压器正常工作压力范围时，介质压力与彈簧力平衡关系被破坏，在彈簧力作用下，过载失压保护阀切断指挥阀出口介质压力信号源，主阀切断关闭。
不论用气量及入口压力如何变化，本调压器可以通过指挥器和穩壓閥、过载失压保护阀的配合调节作用，自动地保持稳定的出口压力，并实现过载失压自动安全保护。因此该调压器和与其连接的管网是一个自调系统。
4．産品結構
(1)主閥的閥套內腔與閥芯配套爲圓柱台階形，閥套上端面與膜墊配合處設O形圈，閥座內腔通道尺寸與閥套圓柱台階小頭尺寸一致，主閥調節壓力工作時的面積壓差處于平衡狀態。
(2)主閥的膜墊設計爲蝶形圓盤，中部開孔，蝶形膜墊內腔開有環形貯氣槽，膜墊上不設介質通道孔。調節時，介質壓力通過閥芯平衡孔和閥套上端中孔，使橡膠膜片下端和閥芯上端與介質進口壓力構成密封氣室。
(3)高壓差工況根據流通能力的需要，采用多級節流降壓結構。在閥芯底部增設台階節流軸，調壓時台階節流軸隨閥芯同步移動工作，形成第三級節流。改變了傳統調壓器不能滿足高壓差調節的功能，一只調壓閥可替代三只調壓閥節流降壓。大大改善了硬軟雙質密封副的工作條件，減緩高壓介質對密封副的沖刷，保證高壓差工作調節時的使用壽命和密封可靠，從而使調壓工作時振動小、噪聲低。
(4)穩壓閥由上阀盒的上部内腔、上盖、橡胶膜片、彈簧构成两个气室，由下盖、下阀盒、橡胶膜片、彈簧、上阀盒的下部内腔在阀杆盲孔和侧孔的连通作用下组成两个平衡气室，阀杆和上、下阀盒的橡胶膜片和彈簧相互作用连成一体。
(5)指挥阀由上阀盒、中阀盒和阀体组成双膜片结构，压力信号源通过下膜片传递给上、下膜片问工作环室后由上膜片与彈簧力产生平衡。双膜片结构传递信号压力过渡平稳，利于改变彈簧力实现工作压力调节。
(6)失压安全保护阀由上阀盒、中阀盒和阀体组成双膜片结构，介质压力信号源关闭方向与指挥阀刚好相反。负荷增加或主阀膜片损坏使工作介质压力太低时，膜片有效面积所受的介质作用力小于彈簧力时，阀杆向下移动，阀口关闭，实现失压自动安全切断保护功能。
本調壓器以橡膠薄膜爲傳動機構，進一步滿足了高壓力、大通徑調壓器的調節精度和調節範圍，延長了調壓器的使用壽命，改善了橡膠薄膜的工作受力條件和上、下膜室壓差平衡關系，突破了傳統調壓器的結構和設計原理，進而實現了調節、安全截斷、過載或失壓保護功能。
未完，待續…
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