CN116257959B

CN116257959B - 一种低压调压器参数的分析方法、智能终端和存储介质

Info

Publication number: CN116257959B
Application number: CN202310543618.1A
Authority: CN
Inventors: 谷红军; 王川; 谷红民; 刘丙奎; 王林; 张鑫; 熊伟; 闫兴华; 于占乐
Original assignee: Hebei Ruixing Gas Equipment Corp
Current assignee: Hebei Ruixing Gas Equipment Corp
Priority date: 2023-05-15
Filing date: 2023-05-15
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2043-05-15
Also published as: CN116257959A

Abstract

本发明涉及一种低压调压器参数的分析方法、智能终端及存储介质，涉及燃气供应及低压调压器的技术领域，其中方法包括如下步骤：获取低压调压器中的各部件受力信息和各部件之间的受力关系信息；所述受力关系信息包括阀关闭状态的受力关系信息和阀开启状态的受力信息；根据所述阀开启关闭的受力信息建立第一分析模型，根据第一分析模型分析出低压调压器中膜片尺寸与其他部件之间的最佳匹配值；根据所述阀开启状态的受力信息建立第二分析模型，根据第二分析模型分析出低压调压器中膜片行程的最优值和满足流通能力的阀口开度最优质。解决了，本发明具有准确分析出低压调压器最优的配件尺寸信息和运行参数信息，保障每户供气量的稳定性的效果。

Description

一种低压调压器参数的分析方法、智能终端和存储介质

技术领域

本发明涉及燃气供应及低压调压器的技术领域，尤其是涉及一种低压调压器参数的分析方法。

背景技术

随着中国城市天然气应用需求越来越多样化，越来越多的高层住宅供气、住宅内大用气量燃气用具等因素，造成了终端天然气供应结构的巨大变化。

传统的集中供气模式对于高层住宅供气而言，易导致低楼层与高楼层之间气压差值偏大，无法统一适配影响用户用气体验，并造成安全隐患。对于住宅内有大用气量燃气用具(地暖、壁挂炉、燃气空调等)的用户而言，集中式供气易在用气高峰时供气不足，反之对于低楼层用户而言又易面临超压风险。

为解决此类问题，低压天然气入户+低压调压的供气模式在中国发达地区已成为新的供应结构。

在此新供应结构下，就需要将入户气压升高，并且在每户住宅的燃气表前增设低压调压器做二次调压，以保障每户的供气量和供气稳定性。

现有技术中，低压调压器技术来源于钢瓶用减压阀，其本质为适用于中低压调节的杠杆式结构，因其进口侧中压气压对阀芯产生较大的开阀方向推力，易造成减压阀关闭失效的隐患，为解决此问题，现有技术通常采用小尺寸阀口和大杠杆比结构。其中，小尺寸阀口，通过减小阀口过气面积，以降低中压气压的加载面积，从而降低中压气压的开阀推力；而大杠杆比结构，则是利用大杠杆比带来的力值倍数来抵消中压气压的开阀影响，同时为减小中压侧开阀推力。

现有技术的不足之处在于，低压调压器的应用场景中，其进口侧气压为低压，开阀推力影响较小，然而大杠杆比造成在弹簧伸长到精度下限后，只能产生极小的阀口开度，直接导致无法获得足够的流通量。同时，阀口尺寸偏小，更加造成流通量不足。因现有技术应用于低压调压场景无法达到足够的流量需求，故带来了不良的用户反馈。且无法通过准确的计算来确定各关键零件的尺寸，造成现有技术低压调压器存在先天的性能不足。

发明内容

本发明目的是提供一种低压调压器参数的分析方法、智能终端和存储介质，能够准确分析出低压调压器最优的配件尺寸信息和运行参数信息，保障每户供气量的稳定性。

第一方面，本发明公开了一种低压调压器参数的分析方法，本发明的上述发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种低压调压器参数的分析方法，包括：

获取低压调压器中的各部件受力信息和各部件之间的受力关系信息；所述受力关系信息包括阀关闭状态的受力关系信息和阀开启状态的受力信息；

根据所述阀关闭状态的受力信息建立第一分析模型，根据第一分析模型分析出低压调压器中膜片尺寸与其他部件之间的最佳匹配值；

根据所述阀开启状态的受力信息建立第二分析模型，根据第二分析模型分析出低压调压器中膜片行程的最优值和满足流通能力的阀口开度最优值。

进一步的技术方案在于：所述根据所述阀关闭状态的受力信息建立第一分析模型，具体包括：

根据所述阀关闭状态的受力信息得到阀口通道与阀口垫和推杆之间的平衡状态的受力关系式；

根据所述平衡状态的受力关系式和杠杆力臂的杠杆比得出膜片垂直方向的力平衡关系式；

根据膜片垂直方向的力平衡关系和阀关闭状态下弹簧的加载力可得出阀关闭状态时调压器的阀后气压Pb；

根据所述阀口通道与阀口垫和推杆之间的平衡状态的受力关系式、膜片垂直方向的力平衡关系式以及阀关闭状态时调压器的阀后气压Pb即可建立出第一分析模型。

进一步的技术方案在于：所述第一分析模型包括：

式中，D为膜片有效加载直径，k为弹簧加载系数，Y为弹簧的自由高度，X为弹簧的压缩高度，W为运动件的重力，b1为杠杆短臂尺寸，b2为杠杆长臂尺寸，P1为进口侧气压，d为阀口通道的直径，q为阀口垫弹力，h为阀口通道的刃口宽度；a为阀口刃口压缩阀口垫的阀口垫压缩分界面与阀口刃口端面间距，为阀关闭状态时调压器的阀后气压Pb，即阀关闭状态压力等级SG的标准要求值，其中P2为设定值。

进一步的技术方案在于：根据所述阀开启状态的受力信息建立第二分析模型，具体包括：

根据所述阀开启状态的受力信息得到阀口通道与推杆之间的平衡状态的受力关系式；

根据所述阀口通道与推杆之间的平衡状态的受力关系式和杠杆力臂的杠杆比得出膜片垂直方向的力平衡关系式；

根据膜片垂直方向的力平衡关系式得出阀开启状态下阀后运行气压；

根据阀开启状态下阀后运行气压和稳压精度下限对应的运行压力即可得出调节器从关闭状态到全开状态后，膜片产生的位移量L；

根据膜片产生的位移量L和杠杆的位移传递关系可得出阀口开度H；

其中，膜片产生的位移量L和阀口开度即为第二分析模型。

进一步的技术方案在于：所述第二分析模型包括：

式中，L为阀从关闭状态到全开状态后，膜片产生的位移量；为稳压精度上限对应的运行压力；

式中，H为阀口开度。

第二方面，本发明公开了一种智能终端，本发明的上述发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种智能终端，包括存储器和处理器，所属存储器上存储有能够被处理器加载并执行如第一方面中任一种低压调压器参数的分析方法的计算机程序。

第三方面，本发明公开了一种计算机存储介质，本发明的上述发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行第一方面中任一种低压调压器参数的分析方法的计算机程序。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.可利用第一分析模型根据预设关闭压力等级SG的目标计算出所需膜片尺寸，且可代入多种阀口尺寸参数进行对比验算，以确定在满足SG目标的前提下，获得最佳的阀口尺寸，从而保证最大的流通量基数。在设计调压器时，阀口各尺寸参数可预设多种组合做为已知条件代入第一分析模型进行对比验算。

2.可利用第二分析模型根据预设稳压精度等级AC的目标和第一分析模型所得膜片尺寸来计算出全开状态弹簧伸长量来确定膜片行程，并且可同时代入不同杠杆比来对比验证计算值的合理性和经济性。

3.可同时利用第一分析模型和第二分析模型，确定阀口可达到的开度极限，以确定所设计调压器的流通能力是否满足要求。上述两个分析模型可相互验证的前提下，可获得最佳的设计参数。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种低压调压器的整体结构框图。

图2是本发明实施例提供的一种低压调压器的流通状态图；

图3是本发明实施例提供的一种低压调压器的关闭状态图；

图4是本发明实施例提供的一种关闭状和开启状态的部件尺寸标记图；

图5是本发明实施例提供的一种关闭状和开启状态的受力关系标记图；

图6是本发明实施例提供的一种阀口通道的刃口部位放大图；

图7是本发明实施例提供的一种方法流程图；

图8是本发明实施例提供的另一种方法流程图；

图9是本发明实施例提供的再一种方法流程图。

附图标记：1、阀体；2、阀口通道；3、阀口垫；4、膜片；5、杠杆；6、阀杆；7、上壳；8、弹簧；9、调节环；10、顶盖；11推杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

首先，对低压调压器内部的结构和工作原理进行简单的说明。

低压调压器内部的结构请参照图1，低压调压器包括阀体1、阀口通道2、阀口垫3、膜片4、杠杆5、阀杆6、上壳7、弹簧8、调节环9、顶盖10和推杆11。其中，阀口垫3为橡胶垫。

低压调压器的工作原理请参照图2和图3，上游天然气从1阀体左侧进入，流经阀口通道2后气体被节流减压，减压后气体充满阀体1内部即调压器内腔，最后从阀体1右侧通道流出通向下游进行供气。减压后气体进入调压器内腔的同时，气体压强作用于膜片4后获得向上的推力并与弹簧8的下推力进行对抗，膜片4上推力和弹簧8下推力会根据气体压强的变化而及时调整力平衡状态，当气体压强较低时，弹簧8下推力大于膜片4上推力，则膜片4向下移动，通过阀杆6推动杠杆5向逆时针方向转动，从而驱动推杆11向右移动，带动阀口垫3向离开阀口通道2的方向移动，以增加阀口开度，从而获得更多的气体通向下游，以提高阀体1内部的气体压强。反之，当阀体1内部的气体压强偏高时，弹簧8下推力小于膜片4上推力，则膜片4向上移动，通过阀杆6推动杠杆5向顺时针方向转动，从而驱动推杆11向左移动，带动阀口垫3向接近阀口通道2的方向移动，以减小阀口开度，从而减少气体通向下游的量，以降低阀体1内部的气体压强。

当下游用户停止用气时，持续进入调压器内腔的气体会引起气体压强的上升，使膜片4持续向上移动，并通过阀杆6带动杠杆5持续向顺时针方向转动，从而使推杆11和阀口垫3一直向阀口通道2移动，直至阀口垫3和阀口通道2完全相抵，并且阀口通道2的刃部对阀口垫3造成一定的压缩量后，阀口通道2处于关闭状态，气体无法向通向下游，此时调压器处于关闭状态，如图3所示。

其次，对低压调压器内部各部件的尺寸标记进行说明。

关乎低压调压器性能和安全的最关键指标为：稳压精度、关闭压力精度和流通量。稳压精度、关闭压力精度和流通量均与各关键零部件的结构、尺寸等参数所构成的力平衡关系相关。

请参照图4和图5，图4左为低压调节器关闭状态图，图4右为低压调节器完全开启状态图，图5是阀口通道2的刃口部位的放大图，为了能够在本实施例中清楚表达低压调节器内各部件的尺寸标记，在此说明图4和图5中的各标记的注释：

最后，对低压调压器内部各部件的受力关系进行说明。

请参照图6，图6左为低压调节器关闭状态的受力平衡关系图，图6右为低压调节器完全开启状态的受力平衡关系图，为了能够在本实施例中清楚表达低压调节器内各部件的受力关系，在此说明图6中的各标记的注释：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。

本发明实施例提供一种低压调压器参数的分析方法，所述方法的主要流程描述如下。

如图7所示：

步骤100：获取低压调压器中的各部件受力信息和各部件之间的受力关系信息；所述受力关系信息包括阀关闭状态的受力关系信息和阀开启状态的受力信息。

步骤200：根据所述阀关闭状态的受力信息建立第一分析模型，根据第一分析模型分析出低压调压器中膜片尺寸与其他部件之间的最佳匹配值。

其中，第一分析模型为低压调节器呈关闭状态的数学模型。根据所述阀关闭状态的受力信息建立第一分析模型，具体包括有如下步骤。

请参照图8：

步骤210：根据所述阀关闭状态的受力信息得到阀口通道与阀口垫和推杆之间的平衡状态的受力关系式；

步骤220：根据所述平衡状态的受力关系式和杠杆力臂的杠杆比得出膜片垂直方向的力平衡关系式；

步骤230：根据膜片垂直方向的力平衡关系和阀关闭状态下弹簧的加载力可得出阀关闭状态时调压器的阀后气压Pb；

步骤240：根据所述阀口通道与阀口垫和推杆之间的平衡状态的受力关系式、膜片垂直方向的力平衡关系式以及阀关闭状态时调压器的阀后气压Pb即可建立出第一分析模型。

结合图4～图6进一步具体地说明，根据图6左图所示，调压器关闭时，阀口通道2的刃口对阀口垫3产生了橡胶的压缩量a，并达到完全关闭后，所有受力处于平衡状态。

由此可知，水平方向上的受力关系为：

F₁+F₅＝F₄(1)

F₁是进口侧气压P₁进入阀口通道2后，以阀口通道2内圆做为加载面积对阀口垫3产生的力，可通过P₁和阀口通道内圆面积计算，

式(1-1)中，P₁为进口侧气压，单位bar。

进而可得出：

F₁＝2.45×P₁πd² (2)

阀口垫3的反作用力F₅由阀口垫3被阀口通道2刃口所压缩的横截面积S和橡胶单位弹力q计算：

F₅＝S×q×9.8 (2-1)

式(2-1)中，q为橡胶单位弹力，单位kg/cm²；S为阀口垫3抵接在阀口通道2上的横截面积，单位cm²。

如图5所示，在阀口刃口压缩橡胶后的橡胶压缩分界面与阀口刃口端面间距为a时，阀口刃口外锥面与橡胶压缩分界面相交的外径为d₀，因此刃口压缩橡胶的横截面积S为以d为内径、d₀为外径的环的面积。

根据图5左图所示，横截面积S为：

如图5右图所示：

d₀＝d+2h+2e (2-3)

e＝atanθ (2-4)

将式(2-3)和式(2-4)带入式(2-2)可得：

因此，将式(2-5)带入式(2-1)可得：

将式(2)和式(3)带入式(1)可得：

因F₄是由膜片4气压加载力F₃的部分分力通过杠杆5按杠杆比放大后传递而来，故将F₄按杠杆比缩小后应包含在垂直方向的力平衡关系中。按杠杆b₁、b₂力臂的杠杆比，F₄对垂直方向膜片力平衡的作用应为：

根据图6左图所示，可知在膜片垂直方向，膜片气压加载力F₃在抵消弹簧推力F₂和运动件重力W后，额外剩余的力则应为因此，膜片垂直方向的力平衡关系为：

将式(4-1)带入式(4)可得：

式(4-2)中，F₂为关闭状态下弹簧的加载力，即

F₂＝kΔl (4-3)

式(4-3)中，k为弹簧的加载系数，单位N/cm；Δl为弹簧的压缩量，单位cm，可由弹簧自由高度Y减去弹簧压缩状态高度X获得，即：

F₂＝k(Y-X) (4-4)

F₃为调压器关闭状态时的阀后气压P_b对膜片的向上加载力，可表示为：

即：

通过变换可得出：

由于关闭压力P_b是调压器关闭性能的关键参数，在GB27790-2020《城镇燃气调压器》标准中，对关闭压力的性能规定了关闭压力等级SG的要求，根据该标准中对关闭压力P_b和设定值P₂的规定，可知：

将式(5-1)带入式(5)即可得出：

式(6)即为第一分析模型。

通过式(6)，可根据低压调压器所需要达到的关闭压力等级SG，去计算出所需膜片的尺寸，或验算所设计的膜片加载面直径D是否足够。且可代入多种阀口尺寸参数进行对比验算，从而判断出所设计的阀口直径、刃口角度、刃口宽度、橡胶压缩量等参数是否与膜片加截直径D相匹配，在设计调压器时，阀口各尺寸参数可预设多种组合做为已知条件代入式(6)进行对比验算。

步骤300：根据所述阀开启状态的受力信息建立第二分析模型，根据第二分析模型分析出低压调压器中膜片行程的最优值和满足流通能力的阀口开度最优值。

其中，第二分析模型为低压调节器呈完全开启状态的数学模型。根据所述阀开启状态的受力信息建立第二分析模型，具体包括有以下步骤。

请参照图9：

步骤S310：根据所述阀开启状态的受力信息得到阀口通道与推杆之间的平衡状态的受力关系式；

步骤S320：根据所述阀口通道与推杆之间的平衡状态的受力关系式和杠杆力臂的杠杆比得出膜片垂直方向的力平衡关系式；

步骤S330：根据膜片垂直方向的力平衡关系式得出阀开启状态下阀后运行气压；

步骤S340：根据阀开启状态下阀后运行气压和稳压精度下限对应的运行压力即可得出调节器从关闭状态到全开状态后，膜片产生的位移量L；

步骤S350：根据膜片产生的位移量L和杠杆的位移传递关系可得出阀口开度H。

其中，膜片产生的位移量L和阀口开度即为第二分析模型。

结合图4～图6进行具体地说明，根据图6右图所示，在全开状态时，因阀口与阀口垫已完全脱离，故阀口垫橡胶反作用力F₅已消失。

此时调压器的力平衡关系中，水平方向仅只有F₁和F_4k两个相对抗的力达到平衡状态，因此水平方向平衡关系为：

F₁＝F_4k (7)

低压调节器从关闭状态到全开状态整个过程中，P₁并未发生变化，故在全开状态下式2依然成立。将式(2)带入式(7)中可得出：

F_4k＝2.45×P₁πd² (7-1)

垂直方向为弹簧推力F_2k和运动件重力W的向下合力，与F_3k(除去b₁bF_24k分力)向上的气压加载力之间达到平衡状态。

与关闭状态相似的是，水平方向用于对抗F₁的F_4k同样是由F_3k的部分分力通过杠杆传递的，因此可知此状态下，垂直方向的力平衡关系为：

将式(8)进行变换可得出：

F_2k为全开状态下弹簧的加载力，可表示为：

F_2k＝k(Δl-L) (9)

式(9)中，L为调压器从关闭状态到全开状态后，膜片产生的位移量，由于弹簧的上部被限位，当膜片向下移动后，弹簧下端会顺着膜片同时向下伸长，故L即是弹簧伸长的距离，也即弹簧压缩量减小的值。

故F_2k也可以表示为：

F_2k＝k(Y-X-L) (9-1)

F_3k为调压器全开状态时的阀后运行气压P_2s对膜片的加载力，可表示为：

综合式(8-1)、式(9-1)和式(10)可得：

将式(10-1)进行变换可得：

由于稳压精度是调压器运行性能的关键参数，在GB27790-2020《城镇燃气调压器》标准中，对稳压精度的性能规定了稳压精度等级AC的要求，根据该标准中对设定压力P₂和运行压力P_2S的规定，可知：

稳压精度上限对应的运行压力是：

稳压精度下限对应的运行压力是：

调压器全开状态对应为稳压精度下限，故：

将式(11)带入式(10-2)可得：

将式(11-1)进行变换可得：

根据杠杆比的位移传递关系，阀口开度H为：

将式(12)带入式(11-2)可得：

式(11-2)和式(12-1)即为第二分析模型。

式(11-2)为体现调压器全开状态下弹簧伸长量与稳压精度、杠杆比之间关系的数学模型式，可根据式(11-2)对所设计的膜片直径、阀口直径等参数与需达到的稳压精度等级AC进行验算。可利用式(11-2)根据预设稳压精度等级AC的目标和第一分析模型所得膜片尺寸来计算出全开状态弹簧伸长量来确定膜片行程，并且可同时代入不同杠杆比来对比验证计算值的最优合理性和最大经济性。

式(12-1)为体现调压器全开状态阀口能达到的开度与稳压精度、杠杆比之间关系的数学模型式，可根据式(12-1)对所设计的膜片直径、阀口通道直径等参数、需达到的稳压精度等级AC与可达到的阀口开度进行验算，以确定流通系数。可利用式(12-1)在式(6)、式(11-2)计算数据基础上，确定阀口可达到的开度极限，以确定所设计调压器的流通能力是否满足要求。上述3个数据模型可相互验证的前提下，可获得最佳的设计参数。

基于同一发明构思，本发明还公开了一种智能终端，包括存储器和处理器，所属存储器上存储有能够被处理器加载并执行如前述的任一种方法的计算机程序。

基于同一发明构思，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有能够被处理器加载并执行如前述的任一种方法的计算机程序。

所述计算机可读存储介质例如包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种低压调压器参数的分析方法，其特征在于，包括：

根据所述阀开启状态的受力信息建立第二分析模型，根据第二分析模型分析出低压调压器中膜片行程的最优值和满足流通能力的阀口开度最优值；

所述根据所述阀关闭状态的受力信息建立第一分析模型，包括：

根据所述阀口通道与阀口垫和推杆之间的平衡状态的受力关系式、膜片垂直方向的力平衡关系式以及阀关闭状态时调压器的阀后气压Pb即可建立出第一分析模型；

根据所述阀开启状态的受力信息建立第二分析模型，包括：

其中，膜片产生的位移量L和阀口开度即为第二分析模型。

2.根据权利要求1所述的一种低压调压器参数的分析方法，其特征在于，所述第一分析模型包括：

3.根据权利要求1所述的一种低压调压器参数的分析方法，其特征在于，所述第二分析模型包括：

式中，H为阀口开度。

4.一种智能终端，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至3中任一种方法的计算机程序。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至3中任一种方法的计算机程序。