燃气调压器自动选型系统设计与实现

【摘要】随着我国燃气事业的不断发展，对于燃气调压器的自动选型提出的新的要求。本文首先介绍了调压器的工作原理及性能特点，探究了燃气调压器的选型，最后在分析自动选型调压系统设计的基础上，提出了自己的几点思考。

【关键词】燃气调压器；自动选型；系统设计；实现

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

燃气调压器是燃气系统的关键组成部分，其性能的优良程度、工作效能等对于整个燃气系统都有着至关重要的作用。分析研究燃气调压器自动选型系统设计与实现，能够更好第提升燃气调压器的工作性能，从而更好地保证燃气系统的良性运转。

二、燃气调压器自动选型系统

1.系统构成

80C196KC芯片的特点如下:振荡信号频率16MHz，指令的运算速度更快；8个A/D通道，可以方便地实现被控对象多点电压和电流采样；具有三路脉宽调制(PWM)输出；通过CPU的串行口除了可实现异步串行口通信，还增加了同步串行口，可以支持多种标准同步串行传输协议。

该系统中通过测量调压器入口、出口侧的压力值，即入口压力信号和出口压力信号，显示在LCD屏幕上；操作者可以通过键盘来输入要求设定的出口压力值，也可以通过RS485通讯来实现设定后的压力值；CPU在接收到要求设定的压力之后，先要和入口压力值对比，如果高于入口压力值就提示设定值高于入口压力值，显示设定错误，若设定值小于入口压力值，就产生PWM方波和正转信号给步进电机驱动电路，使得蜗轮丝杠精进装置开始运动；在该装置精进过程中，出口压力到达设定值时，CPU停止发送PWM方波，完成设定压力调节。为了保护调压器控制器防止执行机构超出额定行程，在该装置上安装了一个滑动电位器来定量测定执行器顶端在整个行程中的位置，另外利用上、下限位开关来实现当滑动电位器失灵情况下的装置保护。

2.蜗轮丝杠精进装置

蜗轮丝杠精进装置是该系统的核心，主要包括:步进电机、蜗轮减速器、滚珠丝杠副、顶柱、滑动电位器、限位开关、箱式直线轴承和光轴等。由于调压器控制器顶柱的行程非常小，通常在几十毫米左右，所以系统利用步进电机来精确控制旋转角度和圈数，用蜗轮减速机来增大输出力矩同时减速，采用滚动丝杠副是根据数控机床的精进位移原理来实现细小位移。该装置的结构是步进电机转动带动蜗轮减速机，蜗轮减速机的输出轴和滚珠丝杠相联，箱式直线轴承和光轴的作用是用来固定滚珠丝杠螺母的转动，从而使其产生垂直运动推动上端顶柱的移动。在滚珠丝杠的顶部安装一个略大于丝杠直径的圆铁片，其作用在于触发旁边支柱上安装的滑动电位器和两个限位开关。由于每次调压时，前压值都不恒定，顶柱的移动距离也就不恒定，这样就无法通过判断流过滑动电位器的电流来进行调压，但是考虑到该装置具有远程通讯接口，上位机可以利用这些参数构建智能系统，从而建立在不同前压状况下流过滑动电位器上的电流与丝杠精进位移之间的闭环反馈，形成除了利用后压值与丝杠精进位移之间闭环反馈的第二种反馈，但该装置仍然以后压值与丝杠精进位移之间的闭环反馈为主要控制形式，第二种反馈形式可以用作数据监测或数学建模所用，不直接用于输出。在滚动丝杠副选择上，采用了HIWIN的产品，其特点是导程小、精度高、机械强度高，在实际使用中也验证了这一点。

3.控制算法

控制算法是整个系统中的灵魂，算法的优劣直接影响到整个系统的调压特性。本文主要叙述蜗轮丝杠精进装置的控制算法。步进电机虽然是把电脉冲信号变换为相应的角位移或直线位移的元件，它的角位移和线位移量与脉冲数成正比，转速或线速度与脉冲频率成正比；在负载能力的范围内，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化，误差不长期积累，步进电动机驱动系统可以在较宽的范围内，通过改变脉冲频率来调速，实现快速起动、正反转制动。但是，步进电机也有一些缺点，比如在低速转动时噪声和振动比较大，在该系统中步进电机的转速是比较慢的，所以就必须避免这个问题。所采取的措施是利用细分控制技术。步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机的励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。在实际运行中，往往对调压精度没有特别苛刻的要求，而且该装置往往是整个管道控制系统中的一部分，系统根据所铺设管道的不同，对调压特性的要求也不一样，在管道中压力的数学模型是个比较复杂的含有惯性环节的模型，如果根据系统进行数学建模，不但复杂，而且会有许多工程中的实际因素来影响该模型的准确度，使所建立的数学模型与实际的工程现场相去甚远，所以通常可以根据系统实际需要通过键盘或串行通讯设定允许的调压误差，从而使该精进装置更好地与其它控制系统相配合。

三、燃气调压器的选型

燃气调压器是燃气在生产―输送―使用过程中非常重要的设备。一般说来，它的设计目的是使特定温度的介质在满足流量要求的同时，实现压力由高到低的额定变化。对一个调压器生产厂家来说，总是有许多的调压器型号可供选择；也就是说可能有多种调压器能够满足上面所提到的设计要求，但如何选出最佳的设计结果呢?从3个方面来考虑:一是技术性能，用调压器的流量作为衡量标准，如果选择的型号在给定的条件下能够从正向(即:大于)最接近满足流量要求则视为最佳；二是价格因素，相同条件下价格越低越好，一般说来，流量越大的调压器生产成本也越高；三是其他一些综合因素，如加工周期、加工难易程度、现有库存等。另外，调压器的选型设计中有一个最重要的特性参数――KG值(也称C值)，不同型号的调压器有不同的KG值，它综合了调压器多个方面的特性，是计算流量的关键因素。

调压器是调压站的主要设备，其类型有雷诺式、T型、箱式等，调压器的选型主要根据其性能、流量、压力确定。

雷诺调压器主要用作区域调压，是间接作用式调压器，分A型和B型两种，其中B型调压器较A型结构紧凑，占地面积小，调节检修方便。根据燃气出口压力、负荷分布、密度等因素，经过技术经济比较，雷诺调压器具有安全可靠、输气量大、反应灵敏、供气稳定等优点。这种调压器沿用已久，在国内外应用比较广泛，区域调压站大多数采用此种调压器。T型调压器可以适用出口压力较高的工业企业和公共建筑专用调压。T型调压器体积小，便于检修，稳压精度高，通过流量大，受负荷影响小，工业用户大多采用此种调压器。在供应户数不足1000户、偏远地区和用量不大的工业用户，不能充分发挥雷诺式、T型调压器的作用，以及小区没有足够位置建调压站的情况下，可选用箱式调压器。

四、调压器自动选型系统设计

通过对目前普遍采用的在工作监视调压系统和一用一备调压系统中问题的分析，我们可在以上不间断调压供气的基础上设计出调压自动选型系统。自动选型系统是一用一备调压结构的升级系统，主要用于实现当运行路发生故障，令运行路上的超压切断阀发生作用，将运行路关上时，备用路能自动投入运行，并且出口压力上升时，备用路上的超压切断阀不可发生作用，是对上述一用一备调压系统缺陷的补充和完善。

自动选型系统的设计是建立在一用一备调压结构基础上的，还可以应用于多路调压的结构，主要应用在对供气要求较高的场所，以保证供气的连续不间断性。对于单路调压或者一用一旁通的调压结构，不存在备用路切断阀误切断的问题。如上文所述，一用一备结构由两路完全相同设计的调压路并联构成，工作路和备用路均由截断阀、过滤器、紧急切断阀、调压器组成，自动选型系统的设计并不会改变这样的结构，所谓自动选型系统，只是在一用一备调压结构的基础上通过增加自动选型设备来实现。调压自动选型设计的灵感来自于轴流式调压器的进口压力和控制压在调压器关闭时相等，在调压器运行时存在着压差。自动选型设计多数应用于间接作用式调压器，间接作用式调压器是利用出口压力变化，经指挥器放大后来控制驱动器带动调节元件运动的调压器，轴流式调压器便是间接作用式调压器的一种。为了最简单的说明自动选型的工作原理，我们仍然以轴流式调压器为例来探讨调压系统自动选型的应用和实践。轴流式调压器的主要调压原件为套环，当调压器处于关闭状态时，套环背面的控制压力与入口压力相等，迫使套环紧贴在入口栅栏上，关闭气体的流通途径；当下游用气时，由指挥器控制的控制压力降低，入口压力大于控制压力，于是撑开套环形成流通途径，向下游供气。

五、对调压器自动选型系统的几点思考

1.采用焦炉煤气作为居民生活燃气，调压器产生故障的原因主要有焦油沉积，萘结晶堵塞，固体颗粒冲击和流量，压力设置不合理等。相应的对策措施为加强排水，防止调压器腐蚀，为焦油沉积提供条件；冬季增加保温措施以提高萘的饱和蒸气压，从而防止萘结晶的沉积；选用合适的压力和流量，同时加强对过滤装置清理维护。

2.雷诺式调压器一般采用每日派人到现场调节压力和取送压力记录纸的运行管理方式，管理者通过压力记录采集和了解管网压力情况和分析未来趋势，很难及时发现事故苗头。随着现代化管理模式的引进和发展，客户对燃气压力和设备性能的要求不断提高，对燃气调压装置的管理也在逐渐发生变化。需要燃气调压器具有很好的扩展性，比较容易地接入燃气管网自动检测及监控系统，实现遥测、遥控，及时掌握燃气管网的压力变化情况，准确分析可能出现的问题，从而提高输配调度管理水平。

3.在燃气调压器的更新改造上，要充分考虑供气类型、供气区域和供气流量等因素，从经济性、实用性出发，结合现代科技应用，具备功能扩展。如果单从经济性方面考虑，新增设的调压器仍选用雷诺式的，必然会束缚住自己未来的发展。当调压器的类型成为今后发展的主要障碍时，就会使自己陷入重新更换调压器的二次投资和落后于时展的两难境地。如不考虑供气流量，一味选用燃气调压箱等大型调压设备也会造成投资浪费。

六、结束语

通过对燃气调压器自动选型系统的设计与实现的研究，我们可以发现，燃气调压器的自动选型要涉及到的方面诸多，相关人员应该认真分析这些有关因素，并结合实际，制定出最优化的自动选型系统设计方案。希望本文的研究能对相关工作起到指导作用。

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