CN2035504U - 煤气调压器与分流孔板联合压力调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种出口压力随流量自动调整的新型压力调节装置。适合于调节城市煤气区域调压站的出口压力。它的特点是由煤气调压器控制分流孔板流速最大断面的静压力，使之保持稳定，调节与分流孔板并联安设的流量调节阀，使通过分流孔板的煤气量符合需要，从而使整个装置的出口压力随流量的变化而连续自动调整，达到出口压力的高低与流量的大小相适应，流量大时出口压力高，流量小时出口压力低。

Description

本发明涉及一种压力调节装置，特别是一种可供城市煤气区域调压站应用的出口压力随流量变化而自动调整的煤气压力调节装置。

现有的城市煤气区域调压站应用的煤气压力调节装置，可分成两大类：一类为出口压力是固定不变的，即通常应用的高（中）－低压调压器，这类调压装置优点是设备比较简单，维护管理要求技术水平不高，缺点是低压煤气管网压力工况差；另一类为出口压力是随流量变化而变化的。用气高峰时出口压力高，低峰时出口压力低。这一类调压装置要比前一类优越，煤气管网压力工况好，可以提高煤气灶具的热效率。降低燃烧废气中一氧化碳的含量，并且由于低峰时（特别是夜间）管网的压力较低，从而提高了管网运行的安全性，可以减少煤气事故的发生或者减轻煤气事故的后果。估计这类装置和前一类相比可节约煤气耗用量2％左右。

现有的一种出口压力随流量变化而自动调整的煤气压力调节装置，是在煤气调压器之后串接一个节流元件（标准孔板、缺园孔板、标准喷咀或文丘里管任一均可），通过煤气调压器的煤气量也全部通过孔板，利用煤气调压器控制节流元件流速最大处的静压力，使之保持稳定，藉助节流元件节流孔后流体动能的改变，得到随流量变化的出口压力。为防止出口压力过高，还设有限压器。这种压力调节装置出口压力的变化是随流量平滑改变的，比较理想。其致命的缺点是节流元件的节流孔面积要和实际流量相适应，否则需要更换节流元件，而这一点在实践中是很难做到的，从而阻碍了这种调节装置的应用。这种调压装置在1981年建工版大学教材《燃气输配》和1980年《城市煤气》第三期的《调压站出口压力随负荷自动调整的低压煤气管网系统》一文中有较详细的论述。

本发明是对上述调压器与节流元件联合调压装置的改进。目的在于克服其节流元件节流孔面积难于与实际流量相适应的缺点，为城市煤气区域调压站提供一种比较完善的适于应用的出口压力随流量自动调整的煤气压力调节装置。

本发明系由煤气调压器（1）及其指挥器（2），阀门（3）和（6），节流元件（4），限压器（5）和导压管及连接管等组成（见图1）。节流元件（4）的节流孔（流速最大处）与煤气调压器（1）的指挥器（2）有导压管连通，并在导压管上靠近节流元件（4）处设有阀门（6）。限压器（5）的入口与装置的出口管连接，而出口则通过导压管与指挥器（2）连接。本发明的特征是节流元件（4）与阀门（3）并联安设，置于煤气调压器（1）之后（顺煤气流动方向），通过节流元件（4）的分流煤气量，可以靠调节阀门（3）的开度来加以    调整，以获得所需要的出口压力。

本发明与上述煤气调压器与节流元件联合调压装置比较，相同之处是两者都是利用节流元件节流孔后流体动能的改变来获得出口压力的变化，不同之处是本发明用并联的节流元件与阀门来代替后者的单一节流元件，同时本发明的节流元件可以用得很小，这样通过节流元件的流量只占总流量的一小部份，并且还可以由并联的阀门来加以调节，因而本发明能适应任何城市煤气区域调压站可能有的实际流量及出口压力变化幅度的需要。而现有的煤气调压器与节流元件联合调压装置则不同，全部流量都流经节流元件，是不能调整的，因而其节流孔面积必须与实际流量相适应。如果节流孔面积过大了，则出口压力变化幅度小，满足不了要求；如果节流孔面积过小了，则出口压力过高，同样也不符合要求。在这两种情况下都需更换节流元件。否则便达不到应有的效果和预期的目的。所以本发明是靠调节并联阀门的开度来调整通过节流元件的煤气量来适应节流元件的节流孔面积，而现有装置则是要求节流孔面积来适应实际流量，两者的区别和优劣是显而易见的。

下面结合附图对本发明做进一步的阐述。

图1是本发明的组合示意图，图2是本发明组成部分之一的限压器示意图。

由于本发明里的节流元件（4）虽然可以使用标准孔板、缺园孔板、标准喷咀、文丘里管等四种中的任一种，但它们在装置里所起的作用及工作原理都是相同的，同时也由于推荐使用标准孔板，因此下面以孔板作节流元件为例来详细说明本发明的工作原理。

参照图1，气体流经煤气调压器（1）之后，便分成两部份，一部份由阀门（3）通过，而另一部份则由孔板（4）通过，最后再汇合一起流出装置。如果单位时间内通过装置的气体总量为Q，通过阀门（3）的气体量为Q₁通过孔板（4）的气体量为Q₂，则有Q＝Q₁＋Q₂。由于通过孔板（4）的气体量只占总流量的一部份，所以称孔板（4）为分流孔板。流经分流孔板的气体，在孔板的出口侧流速最大，该处的静压力P₀也最低。由于动能与静能的相互转化，随着气流的逐渐离开孔板，流速逐渐降低，静压逐渐升高，在离孔板一定距离处，静压恢复到最大值。孔板后恢复的静压力△P₁，与流经孔板的流量Q₂的平方成正比。即△P₁＝aQ² ₂，a为比例常数。以后气体克服孔板至装置出口之间的阻力△P₂，以压力P从装置输出。△P₂也是与Q₂的平方成正比的，即△P₂＝bQ² ₂，b为另一比例常数。这样整个装置的出口压力为P＝P₀＋△P₁－△P₂或P＝P₀＋CQ² ₂，C为比例常数，C＝a－b，a＞b。由于孔板流速最大断面与调压器的指挥器有导压管相通，因而P₀是受调压器控制保持稳定不变的，这样整个装置的出口压力P就随着流经孔板的气体量Q₂的变化而自动调整了，Q₂大时，出口压力高，Q₂小时，出口压力低。本发明的一个显著特点是，当阀门（3）的开度固定不变时，流经节流元件（4）的流量Q₂与总流量Q的比值是不变的。这一点可以从下面的分析可以看出。设并联的节流元件（4）与阀门（3）两端连接点的压力分别为P₁（分流点压力）和P₂（汇流点压力），显然有P₁－P₂＝△P₃＋△P₄和P₁－P₂＝△P₅＋△P₆，这里△P₃为阀门（3）的阻力，△P₄为阀门（3）两端除阀门（3）外包括分流点及汇流点在内总阻力，△P₅为节流元件孔板的压力损失，△P₆为节流元件孔板两端除孔板外包括分流点及汇流点在内的总阻力。这些阻力分别与其各自的流量Q₁和Q₂的平方成正比。即△P₃＝a₁Q² ₁，△P4＝a₂Q² ₁，△P₅＝b₁Q² ₂，△P₆＝b₂Q² ₂，a₁、a₂、b₁b₂为比例常数，a₁的值与阀门（3）的开度有关，阀门开度大时，a₁小，阀门开度小时，a₁大，阀门开度固定不变时，a₁为某一定值。由上可得：

Q₁ $\sqrt{\frac{b_1{\mathrm{+b}}_2}{a_1{\mathrm{+a}}_2}}{Q}_2$ 或

Q₂＝KQ $K=\frac{1}{1+\sqrt{\frac{b_1+b_2}{a_1+a_2}}}-$

这样整个装置的出口压力可以写成：

P＝P₀＋AQ²或P＝P₀＋（P_max－P₀）X²

这里A为比例系数，A＝CK；P_max和P₀分别为流量最大（Q＝Q_max）和最小（Q＝0）时的出口压力；X为即时流量与最大流量的比值，X＝Q／Q_max。

由以上分析可见，本发明的出口压力是随流量变化而自动调整的，流量增大时，出口压力升高，流量减小时，出口压力降低。煤气调压器的作用，是稳定节流元件流速最大断面的静压力，使之保持不变；节流元件的作用，是使出口压力随流量增减而产生升降的变化；并联阀门的作用，则是通过改变阀门开度来调整流经节流元件的流量，使之与节流孔面积相适应，以获得所需要的出口压力。如果出口压力过高，可以适当开大阀门；如果出口压力过低，可以适当关小阀门，直至合适为止。限压器（5）是为防止流量过大时出口压力过高而设的，它实际上是一个小型前压式调压器。参照图2，限压器入口（4）与整个装置的出口管连接，而出口（5）则与调压器的指挥器连接，薄膜（1）的平衡作用力由弹簧（3）建立，调整在允许的最大出口压力的水平上。当实际出口压力大于允许的最大出口压力时，薄膜（1）上升，阀门（2）被打开，小量煤气通过限压器流入导压管经图1阀门（6）至孔板出口，由于阀门（6）的阻流作用，使指挥器感受到一个比孔板流速最大断面处为高的压力信号，从而使煤气调压器的阀口关小，使出口压力降低直至不超出允许的最大出口压力为止。由此可见，在特定条件下，当确知出口压力不会超出允许的最大压力时，限压器也可以不设。

本发明的优点是：

1，可自动得到与流量相适应的、连续渐变的出口压力，流量大时出口压力高，流量小时出口压力低；

2，流量适应范围广。在要求的出口压力变化幅度内，最大流量只受煤气调压器本身通过能力的限制，可以说凡区域调压站所可能有的实际流量都能适应，而无需更换节流元件；

3，装置简单，易于管理；

4，调整简便灵活，只需调整阀门（3）的开度。即可使出口压力达到要求，根据需要随时都可调整。

5，如果把阀门（3）全部打开以后，也可以按出口压力固定不变的状态工作。

在使用本发明时，应注意下列各点：

1，煤气调压器应是高（或中）、低压调压器，并应具备下列两条件之一：

（1）带有指挥器；

（2）如不带指挥器，则其主薄膜下气室需与出口完全隔开，这时导压管与主薄膜下气室连接；

2，节流元件（4）可使用下述四种中的任一种：标准孔板、缺园孔板、标准喷咀和文丘里管。但由于标准孔板加工较易            也较低，故推荐，使用标准孔板，这也是本发明名称中使用“分流孔板”一词的原因。上述四种节流元件导压管的取压点均在各自节流孔的最大流速的断面上，可以按照该种节流元件各自规定的取压方式取压，不会对输出压力产生实质性的影响；

3，阀门（3）可以使用任何一种调节阀门，但以明杆楔式闸阀较好，可以明显看出阀门的开度。阀门（6）使用针阀。

4，对阀门（3）的连接管管径无特别要求，但以与煤气调压器的出口管径相同或稍大为适宜；

5，节流元件（4）采用孔板时，其节流孔面积与连接管载面积的比值一般以0.36－0.49为最佳；

6，节流元件（4）的连接管管径虽无严格限制，但以尽可能小为宜，对孔板来说一般有50毫米即可；

7，节流元件节流孔后的直管段应有足够长度，以使静压得到充分恢复，一般以6－8倍连接管管径为宜；

8，节流元件后连接管和阀门（3）连接管的交点（汇流点）到阀门（3）中心的距离，应有4倍左右阀门（3）连接管管径的长度；

9，应尽量减小节流元件连接管路的阻力，特别是节流元件后管路的阻力；

10，导压管及限压器出入口连接管的管径应不大于15毫米；

11，装置出口如有渐扩管时，限压器入口管或出口压力计的取压管应自渐扩管后接出；

12，本发明用于现有区域调压站时，如调压室面积不够用，可将节流元件（4）及阀门（3）置于室外地下井中（寒冷地区应注意防寒保温）；

13，最大出口压力P_max及最小出口压力P₀建议按下式确定：

P_max＝1.5P_n＋△P_b

P₀＝（1.05－1.1）P_n＋△P_b

P_n为煤气灶具的额定工作压力，△P_b为煤气表的阻力。

当煤气管网输送能力不足，超负荷运行时，P_max也可按下式确定：

P_max＝1.5P_n＋△P＋△P_b

△P为庭户支管的计算压力降。本式与前式比较，约可提高管网的输气能力20％左右。

14，本发明在投入使用时要进行适当的调整。调整前先把阀门（3）开至最大位置，把煤气调压器（或其指挥器）的平衡作用力P₀调准确，然后缓慢关小阀门（3），直至满足出口压力要求为止。因相邻调压站会相互干扰，常常需反复调整数次。调好后固定阀门（3）的开度。

在日常维护管理中如发现出口压力不符合要求时，应适当调整阀门（3）的开度。这时的调整自然是比较简单和容易的。这也是本发明的优点。

Claims (3)

1、一个由煤气调压器(1)及其指挥器(2)、节流元件(4)、阀门(3)和(6)、限压器(5)和相应的导压簧、连接管组成的煤气压力调节装置；煤气调压器控制节流元件流速最大断面的静压力，使之保持稳定，依靠节流元件节流孔后流体动能的变化，获得随流量变化的出口压力；限压器防止出口压力超高；本发明的特征是节流元件(4)和阀门(3)并联，共同安设在煤气调压器之后，使节流元件成为分流元件，改变阀门(3)的开度以调整通过节流元件的流量，使和节流孔面积相适应，获得所需要的随流量变化的出口压力。

2、按权利要求1规定的煤气压力调节装置，其特征是节流元件可以使用下述四种中的任一种：标准孔板、缺园孔板、标准喷咀和文丘里管。

3、按权利要求1或2规定的煤气压力调节装置，其特征是在特定条件下，当确知其出口压力不会超出允许的最高出口压力时，限压器（5）也可以不设。