基于控制燃气压力的调压器设计

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1、基于控制燃气压力的调压器设计第１章绪论1.1课题的背景和意义（1）课题的背景众说周知,随着我国燃气事业的发展，燃气调压器已经广泛使用于各个领域。调压器是稳定供气压力的重要设备，因而对其动态特性研究具有实际意义。随着人类社会的进步、经济活动的增强，能源紧张和环境污染问题日益明显。在这样的大形势下，发展以天然气为主要气种的燃气事业的重要地位越来越突出，我国己将天然气的开发和利用作为２ｌ世纪初能源结构优化和石油工业产业升级的重点，随着西气东输工程的实施，连同开发海上石油天然气和利用。国外天然气，我国即将形成天然气的

2、全国性系统。天然气将从西部、东北和海上源源不断地一直输送到经济较发达的东部及沿海地区。目前我国已经建立起了相当规模的燃气输配管网，燃气管网在整个燃气工程中起着承上启下的作用，连接着气源和用户，构成整个燃气系统的技术框架。在长输管线和城市外环网，采用较高压力级制的燃气管道：城市市区内燃气输配管网采用较低压力级制的管道。无论采用哪种形式的燃气系统，保证供气压力稳定都是安全供应燃气最重要的指标之一。调压器是燃气输配系统中的关键设备，是安全供气的重要保障。当调压器的入口压力变化，或其出口用气量变化时，调压器能自动地控

3、制出口压力，使之符合给定的压力值，并在规定的允许稳压精度范围内变化。但是在实际运行中，管网会产生各种各样的扰动，这些扰动会影响调压器的稳定性造成其出口压力的波动。如果出口压力波动幅度较大，响应过程较长，超过调压器后燃气表和用气设备的耐压极限，可能导致火灾、中毒和其它事故，引起设备燃烧不正常，使用气设备的热效率降低，引起过多的不完全燃烧，致使燃烧产物中出现过多的一氧化碳等有害气体甚至造成断火、脱火、爆炸、中毒等事故。（2）课题的意义目前，世界上一些发达国家的调压器生产厂家有自己的专利和实验条件。而我国燃气调压器

4、正面临着需求量大、设计制造研究少的局面，这与正在飞速发展的我国以及世界燃气大形势是极不相称的。加强燃气调压器的设计工作，对于发展我国燃气事业，节省投资，有着非常重要的意义.稳定性能好的调压器在受到外界压力、流量扰动时能迅速地将出口压力稳定在允许的范围内。应用于大型输配气管网及CNG、LNG燃气汽车发动机的调压器稳定性要求更高。加强燃气调压器的设计工作有利于我国燃气事业的发展。燃气调压器的国内外研究现状国内外对调压器的静态性能特性研究得较多，目前的调压器生产商提供的说明书中都附有调压器的静态特性曲线。这就要求我

5、们加快研究速度使国内外快速接轨。1.2燃气设备国内外现状我国的燃气事业起步较西方发达国家晚，国内的很多燃气设备公司都是与国外公司合作，采用国外的调压器主体，根据国内用户的要求装配成套设备，对于调压器动态特性的研究比较少。但是，国内在航空航天领域中对流体传动系统的减压阀做的研究为本课题提供了一定的参考价值。因为减压阀在原理上和燃气调压器具有一定的相似性，都是压力较高的气体经过节流变成低压。当气源压力、执行机构的负载或是下游流量发生变化的时候，都要求调节设备具有自动保持出口压力稳定在某个范围内的能力。国外的调压器

6、的研发主要集中在几个大型的企业，主要有美国的费希尔（FISHER），意大利的塔塔里尼（TARTARINI），法国的斯伦贝谢（SCHILUMBERGER），此外法国燃气公司（GASDEFNCE）对燃气调压器的动态特性作了大量的研究工作。（１）早在七十年代，美国的Lee．飘F．Z和Bonner．J．A就对气体调压器进行了动态分析和仿真，他们先用实验测试估计了一些主要参数以确保物理模型的精度，将一种调压器在一定的安装条件和运行条件下进行测试。同时他们进行了数字仿真，但由于当时计算机发展水平的限制，他们对模型进行了大

7、量的线性化处理。（２）九十年代美国Fisher控制研究所的Earned，WiiiiamH．重点研究了引起调压器不稳定特性的诸多因素。他的研究成果重点不在用数学方法描述调压站的自动控制系统，而是根据实际设计、运行经验，分析了引起燃气输配系统中导致调压器出口压力波动的因素。（３）北京航天动力研究所通过建立减压阀充填过程动态数学模型，进行非线性仿真计算，得出减压阀中各腔压力响应特性，进而用过渡时间及超调量分析减压阀的稳定性。（４）法国燃气公司对燃气调压器进行动态模拟仿真。他们的研究中将调压器及其前后的管段、元件看作

8、一个大的系统，然后分成若干各个子系统分别建立模型。系统中的控制命令有：上游气体压力和温度，辅助调压器的弹簧设定，以及下游的阀门开度。研究中将整个调压器模型看成一个复杂的各个模型的有机综合：包括主调压器、辅助调压器、腔室、阀门等。然后运用软件ALLAN．Simulation进行计算。最终改善调压器的控制过程，即定义一个运行工况使得调压器在某个扰动下可以将出口压力维持在足够小的稳压精度范围内。1.3燃气