1．概述
燃氣輸配系統的壓力調節有三種型式的產品，自力式調節閥、軸流式調壓器和曲流式調壓器，都是以橡膠薄膜作為傳動裝置。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復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，還要滿足密封截止后介質通道孔的剪切力作用。這樣，調壓器的壓力調節范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范圍在10.OMPa壓力級時，橡膠薄膜強度很難滿足使用要求。隨著生產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、自動控制為理論基礎，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產化技術水平。
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——復位彈簧力(N)
S——橡膠膜片有效面積(***)
S桿——閥桿面積(***)
S1——閥芯小頭面積(***)
2．設計思路
該調壓器由主閥、指揮閥、穩壓閥、失壓安全保護閥組成。主閥的閥套上方設置膜墊，以橡膠薄膜片作為傳動 機構，閥桿、閥芯、閥座作為執行機構，主閥閥芯設計為圓柱臺階柱塞形閥芯，其上、下端面由平衡孔連通，底端面嵌非金屬環形密封墊，與閥座錐面凸臺端面組成密封副。指揮閥根據主閥進出口壓力的變化，由信號管反饋到指揮閥膜室，改變閥門開啟度，實現閥前閥后壓力調節指揮和壓力超高切斷控制。穩壓閥由上、下蓋之間的閥盒，及閥盒內裝置的閥桿、彈簧、橡膠膜片組成，其作用是利用介質壓力和彈簧力，讓主閥進出口壓力的變化總是使主閥膜室的控制壓力向趨于設定的壓力穩定方向變化，增大調節范圍，降低調節壓力余差值，提高調節精度。失壓保護閥的作用是當介質壓力過低不能滿足用戶正常使用時，失壓保護閥自動切斷關閉信號壓力源，主閥也隨之切斷密封。
3．工作原理
該調壓器為間接作用式，主閥與指揮閥、穩壓閥、過載失壓保護閥采用信號管接通，由指揮閥感測出口或進口被控壓力信號并控制主閥的開啟度變化；穩壓閥消除進出口壓力變化對調壓的影響，使主閥膜室的控制壓力向設定的壓力趨于穩定。
(1)在平衡狀態時，主閥橡膠膜片上、下氣室平衡，即主閥彈簧力和進口壓力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，反饋作用在指揮器橡膠膜片上的壓力升高，破壞了和指揮器彈簧的平衡，使橡膠膜片帶動閥桿向上移動，閥口開度減小。穩壓閥閥口開度增大，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，反饋作用在指揮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，使橡膠膜片帶動閥桿向下移動，閥口開度增大。穩壓閥閥口開度減小，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，恢復到給定值。
(4)當負荷增加或主閥膜片損壞，即出口壓力高于或低于調壓器正常工作壓力范圍時，介質壓力與彈簧力平衡關系被破壞，在彈簧力作用下，過載失壓保護閥切斷指揮閥出口介質壓力信號源，主閥切斷關閉。
不論用氣量及入口壓力如何變化，本調壓器可以通過指揮器和穩壓閥、過載失壓保護閥的配合調節作用，自動地保持穩定的出口壓力，并實現過載失壓自動安全保護。因此該調壓器和與其連接的管網是一個自調系統。
4．產品結構
(1)主閥的閥套內腔與閥芯配套為圓柱臺階形，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臺階小頭尺寸一致，主閥調節壓力工作時的面積壓差處于平衡狀態。
(2)主閥的膜墊設計為蝶形圓盤，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。在閥芯底部增設臺階節流軸，調壓時臺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)穩壓閥由上閥盒的上部內腔、上蓋、橡膠膜片、彈簧構成兩個氣室，由下蓋、下閥盒、橡膠膜片、彈簧、上閥盒的下部內腔在閥桿盲孔和側孔的連通作用下組成兩個平衡氣室，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構，壓力信號源通過下膜片傳遞給上、下膜片問工作環室后由上膜片與彈簧力產生平衡。雙膜片結構傳遞信號壓力過渡平穩，利于改變彈簧力實現工作壓力調節。
(6)失壓安全保護閥由上閥盒、中閥盒和閥體組成雙膜片結構，介質壓力信號源關閉方向與指揮閥剛好相反。負荷增加或主閥膜片損壞使工作介質壓力太低時，膜片有效面積所受的介質作用力小于彈簧力時，閥桿向下移動，閥口關閉，實現失壓自動安全切斷保護功能。
本調壓器以橡膠薄膜為傳動機構，進一步滿足了高壓力、大通徑調壓器的調節精度和調節范圍，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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