1．概述

燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)有三種型式的產(chǎn)品，自力式調(diào)節(jié)閥、軸流式調(diào)壓器和曲流式調(diào)壓器，都是以橡膠薄膜作為傳動(dòng)裝置。在工作時(shí)，自力式、軸流式調(diào)壓器利用上、下膜室壓差克服彈簧密封比壓力實(shí)現(xiàn)壓力平衡調(diào)節(jié)；曲流式調(diào)壓器利用上、下膜室壓差克服彈簧復(fù)位作用實(shí)現(xiàn)壓力平衡調(diào)節(jié)。橡膠薄膜不僅要克服彈簧力實(shí)現(xiàn)壓力平衡調(diào)節(jié)的強(qiáng)度要求，滿足膜墊通道口的節(jié)流截止密封，還要滿足密封截止后介質(zhì)通道孔的剪切力作用。這樣，調(diào)壓器的壓力調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)精度就受到很大局限，使用壽命也受到很大影響，特別是調(diào)節(jié)工作壓力范圍在10.OMPa壓力級(jí)時(shí)，橡膠薄膜強(qiáng)度很難滿足使用要求。隨著生產(chǎn)裝置的大型化和高參數(shù)化，對(duì)調(diào)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(yán)格的要求。

本研究項(xiàng)目以氣動(dòng)學(xué)、自動(dòng)控制為理論基礎(chǔ)，在燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)工藝設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)原理/技術(shù)、壓力余差補(bǔ)償、節(jié)流降壓、流量壓力特性等方面的研究，應(yīng)用了大量的新理論、新方法、新技術(shù)，提出了“膜片恒壓差動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)原理”、“穩(wěn)壓閥控制壓力余差方法”和“高壓差阻尼節(jié)流降壓結(jié)構(gòu)”等一系列屬國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的方法、技術(shù)。通過建立實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)流量和壓力特性動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)模型，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)選出適合工況條件的關(guān)閉壓力、穩(wěn)壓精度等綜合性能參數(shù)，形成核心技術(shù)。突破了PN≥IO.OMPa高壓力級(jí)的技術(shù)壁壘，解決了國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)調(diào)壓器長(zhǎng)期存在橡膠膜片使用壽命短、調(diào)節(jié)壓差低的難題，油氣工程專家評(píng)價(jià)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在全國(guó)各天然氣集輸工程得到廣泛推廣應(yīng)用，項(xiàng)目的安全可靠性和高效節(jié)能已被市場(chǎng)所認(rèn)可，已經(jīng)在四川氣田、吉林油田、長(zhǎng)慶油田、新疆氣田等得到了推廣應(yīng)用，提高了我國(guó)重大技術(shù)裝備的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)水平。

文中符號(hào)注釋：

P₁——主閥進(jìn)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——復(fù)位彈簧力(N)

S——橡膠膜片有效面積(***)

S_桿——閥桿面積(***)

S₁——閥芯小頭面積(***)

2．設(shè)計(jì)思路

該調(diào)壓器由主閥、指揮閥、穩(wěn)壓閥、失壓安全保護(hù)閥組成。主閥的閥套上方設(shè)置膜墊，以橡膠薄膜片作為傳動(dòng) 機(jī)構(gòu)，閥桿、閥芯、閥座作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主閥閥芯設(shè)計(jì)為圓柱臺(tái)階柱塞形閥芯，其上、下端面由平衡孔連通，底端面嵌非金屬環(huán)形密封墊，與閥座錐面凸臺(tái)端面組成密封副。指揮閥根據(jù)主閥進(jìn)出口壓力的變化，由信號(hào)管反饋到指揮閥膜室，改變閥門開啟度，實(shí)現(xiàn)閥前閥后壓力調(diào)節(jié)指揮和壓力超高切斷控制。穩(wěn)壓閥由上、下蓋之間的閥盒，及閥盒內(nèi)裝置的閥桿、彈簧、橡膠膜片組成，其作用是利用介質(zhì)壓力和彈簧力，讓主閥進(jìn)出口壓力的變化總是使主閥膜室的控制壓力向趨于設(shè)定的壓力穩(wěn)定方向變化，增大調(diào)節(jié)范圍，降低調(diào)節(jié)壓力余差值，提高調(diào)節(jié)精度。失壓保護(hù)閥的作用是當(dāng)介質(zhì)壓力過低不能滿足用戶正常使用時(shí)，失壓保護(hù)閥自動(dòng)切斷關(guān)閉信號(hào)壓力源，主閥也隨之切斷密封。

3．工作原理

該調(diào)壓器為間接作用式，主閥與指揮閥、穩(wěn)壓閥、過載失壓保護(hù)閥采用信號(hào)管接通，由指揮閥感測(cè)出口或進(jìn)口被控壓力信號(hào)并控制主閥的開啟度變化；穩(wěn)壓閥消除進(jìn)出口壓力變化對(duì)調(diào)壓的影響，使主閥膜室的控制壓力向設(shè)定的壓力趨于穩(wěn)定。

(1)在平衡狀態(tài)時(shí)，主閥橡膠膜片上、下氣室平衡，即主閥彈簧力和進(jìn)口壓力P₁S與控制氣室壓力P₃S平衡。

(2)當(dāng)出口處的負(fù)荷減少或入口壓力P₁增加時(shí)，燃?xì)獬隹趬毫₂升高，反饋?zhàn)饔迷谥笓]器橡膠膜片上的壓力升高，破壞了和指揮器彈簧的平衡，使橡膠膜片帶動(dòng)閥桿向上移動(dòng)，閥口開度減小。穩(wěn)壓閥閥口開度增大，主閥上膜室壓力升高，壓迫主閥閥芯下移，使閥口開度減小，流量減少，出口壓力P₂降低，恢復(fù)到給定值。

(3)當(dāng)出口處的負(fù)荷增加或入口壓力P₁降低時(shí)，燃?xì)獬隹趬毫₂降低，反饋?zhàn)饔迷谥笓]器橡膠膜片上的壓力也降低，同樣破壞了和指揮器彈簧的平衡，使橡膠膜片帶動(dòng)閥桿向下移動(dòng)，閥口開度增大。穩(wěn)壓閥閥口開度減小，主閥上膜室壓力降低，主閥閥芯在下膜室壓力作用下上移，使閥口開度增大，流量增加，出口壓力P₂升高，恢復(fù)到給定值。

(4)當(dāng)負(fù)荷增加或主閥膜片損壞，即出口壓力高于或低于調(diào)壓器正常工作壓力范圍時(shí)，介質(zhì)壓力與彈簧力平衡關(guān)系被破壞，在彈簧力作用下，過載失壓保護(hù)閥切斷指揮閥出口介質(zhì)壓力信號(hào)源，主閥切斷關(guān)閉。

不論用氣量及入口壓力如何變化，本調(diào)壓器可以通過指揮器和穩(wěn)壓閥、過載失壓保護(hù)閥的配合調(diào)節(jié)作用，自動(dòng)地保持穩(wěn)定的出口壓力，并實(shí)現(xiàn)過載失壓自動(dòng)安全保護(hù)。因此該調(diào)壓器和與其連接的管網(wǎng)是一個(gè)自調(diào)系統(tǒng)。

4．產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

(1)主閥的閥套內(nèi)腔與閥芯配套為圓柱臺(tái)階形，閥套上端面與膜墊配合處設(shè)O形圈，閥座內(nèi)腔通道尺寸與閥套圓柱臺(tái)階小頭尺寸一致，主閥調(diào)節(jié)壓力工作時(shí)的面積壓差處于平衡狀態(tài)。

(2)主閥的膜墊設(shè)計(jì)為蝶形圓盤，中部開孔，蝶形膜墊內(nèi)腔開有環(huán)形貯氣槽，膜墊上不設(shè)介質(zhì)通道孔。調(diào)節(jié)時(shí)，介質(zhì)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(zhì)進(jìn)口壓力構(gòu)成密封氣室。

(3)高壓差工況根據(jù)流通能力的需要，采用多級(jí)節(jié)流降壓結(jié)構(gòu)。在閥芯底部增設(shè)臺(tái)階節(jié)流軸，調(diào)壓時(shí)臺(tái)階節(jié)流軸隨閥芯同步移動(dòng)工作，形成第三級(jí)節(jié)流。改變了傳統(tǒng)調(diào)壓器不能滿足高壓差調(diào)節(jié)的功能，一只調(diào)壓閥可替代三只調(diào)壓閥節(jié)流降壓。大大改善了硬軟雙質(zhì)密封副的工作條件，減緩高壓介質(zhì)對(duì)密封副的沖刷，保證高壓差工作調(diào)節(jié)時(shí)的使用壽命和密封可靠，從而使調(diào)壓工作時(shí)振動(dòng)小、噪聲低。

(4)穩(wěn)壓閥由上閥盒的上部?jī)?nèi)腔、上蓋、橡膠膜片、彈簧構(gòu)成兩個(gè)氣室，由下蓋、下閥盒、橡膠膜片、彈簧、上閥盒的下部?jī)?nèi)腔在閥桿盲孔和側(cè)孔的連通作用下組成兩個(gè)平衡氣室，閥桿和上、下閥盒的橡膠膜片和彈簧相互作用連成一體。

(5)指揮閥由上閥盒、中閥盒和閥體組成雙膜片結(jié)構(gòu)，壓力信號(hào)源通過下膜片傳遞給上、下膜片問工作環(huán)室后由上膜片與彈簧力產(chǎn)生平衡。雙膜片結(jié)構(gòu)傳遞信號(hào)壓力過渡平穩(wěn)，利于改變彈簧力實(shí)現(xiàn)工作壓力調(diào)節(jié)。

(6)失壓安全保護(hù)閥由上閥盒、中閥盒和閥體組成雙膜片結(jié)構(gòu)，介質(zhì)壓力信號(hào)源關(guān)閉方向與指揮閥剛好相反。負(fù)荷增加或主閥膜片損壞使工作介質(zhì)壓力太低時(shí)，膜片有效面積所受的介質(zhì)作用力小于彈簧力時(shí)，閥桿向下移動(dòng)，閥口關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)失壓自動(dòng)安全切斷保護(hù)功能。

本調(diào)壓器以橡膠薄膜為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步滿足了高壓力、大通徑調(diào)壓器的調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)范圍，延長(zhǎng)了調(diào)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(guān)系，突破了傳統(tǒng)調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)、安全截?cái)唷⑦^載或失壓保護(hù)功能。

未完，待續(xù)…

天沃-焊接球閥，與您資料共享！