研究低温条件下分体式澳门威尼娱乐9479网址响应速度

    摘要：分析影响分体式澳门威尼娱乐9479网址响应速度的常见因素，通过实验测试研究分析了某型号分体式澳门威尼娱乐9479网址在+23℃、-30℃和-40℃三种温度θ下，出口压力p2分别在2.1kPa和30kPa时，流量变化分别从第1阶梯突变到第5阶梯时的响应速度。

    响应速度是分体式澳门威尼娱乐9479网址性能指标之一，它对于满足下游用户对燃气的需求起着重要作用。通常情况下，分体式澳门威尼娱乐9479网址的响应速度由以下几个因素决定，温度θ的高低，摩擦力F的大小，润滑脂的黏度υ，以及下游管道容积V的大小等。在我国北方冰冷的冬季，室外平均温度在零下-10℃左右，局部地区达到零下-20℃、-30℃，这对于工作在室外的分体式澳门威尼娱乐9479网址是一个极大的挑战。同时，天然气在绝热节流膨胀的传输过程中，由于焦耳-汤姆逊效应[1]，随着压力降的增加，温度会逐渐降低，这又会加剧分体式澳门威尼娱乐9479网址工作的恶劣环境。

    1  影响分体式澳门威尼娱乐9479网址响应速度的常见因素
    影响分体式澳门威尼娱乐9479网址响应的因素主要从以下几个方面考虑：

    1.1  从设计方面，分体式澳门威尼娱乐9479网址的响应速度主要取决于以下几个因素
    （1）系统摩擦力的大小；
    （2）设计时系统平衡力是趋于开启还是趋于关闭；
    （3）阻尼器阻力大小；呼吸孔气体交换的速度；

    1.2  从燃气传输系统方面考虑，取决于下面两个因素
    （1）下游管线体积越小，越不利于系统响应；
    （2）气体介质密度越大，其流动性越差，系统响应也越慢。

    1.3 从使用环境来看，有以下2个因素：
    （1）分体式澳门威尼娱乐9479网址工作的环境温度
    （2）工作介质的清洁程度
     本文主要从分体式澳门威尼娱乐9479网址使用的环境温度方面考虑，结合客户在使用中遇到的实际问题，对分体式澳门威尼娱乐9479网址在不同的温度条件下进行测试、分析。图1所示为北美客户所使用某型号分体式澳门威尼娱乐9479网址典型工作环境，由于该产品工作在户外，冬季夜间温度可达到-30℃到-40℃，工作环境极其恶劣。

 

    2  实验室模拟测试
    2.1  实验内容
    该测试主要利用实验室测试条件，模拟客户现场使用情况。其主要测试内容包括：测试分体式澳门威尼娱乐9479网址在+23℃，-30℃和-40℃三种温度下，分体式澳门威尼娱乐9479网址出口压力分别在2.1kPa和30kPa时，流量分别从第1阶梯到第5阶梯时的响应速度，客户所提供的流量阶梯如图2所示。横轴表示下游球阀开启动作时间，纵轴表示分体式澳门威尼娱乐9479网址下游需要的流量q。

 

    2.2  实验装置
    分体式澳门威尼娱乐9479网址响应测试装置图见图3。实验装置主要由某型号分体式澳门威尼娱乐9479网址，恒温温控箱，DN40压力管道，三通，球阀，压力变送器，流量计和数据采集系统等组成，实验介质为清洁的压缩空气。

    其中被测分体式澳门威尼娱乐9479网址是符合GB 27790—2011《城镇分体式澳门威尼娱乐9479网址》规定的“静特性测试装置[2]”，稳压精度可达AC5。

    恒温温控箱：控温范围为-78℃-180℃，精度为+0.1℃。

    压力变送器：进口压力端量程0-100Psi，出口压力端0-250英寸水柱，精度均为±0.025%。
    流量计：采用精度为±0.35%的质量流量计。
    球阀：响应速度为150ms
    数据采集系统：NI Labview采集系统，数据采集频率为50次/s。

 

    2.3  实验步骤
    将某型号分体式澳门威尼娱乐9479网址安装在如图3所示的测试管线上分别将分体式澳门威尼娱乐9479网址的出口压力p2设定在2.1kPa和30kPa，其响应速度测试实验步骤如下：

    开启1号球阀，同时关闭2，3，4号球阀，使系统流量q维持在8.5m3/h，将温控箱温度设定在-30℃，并维持24h，使分体式澳门威尼娱乐9479网址所有零部件均达到相同温度。

    打开数据采集系统，并将采样频率设定在50次/s，采集时间t为120s的数据。

    打开2号球阀，使测试系统流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。

    采集120s的数据。
    同时打开3，4号球阀，使系统流量q由51m3/h增加到164m3/h。

    采集120s的数据。
    关闭4号球阀，使系统流量q由164m3/h降低至119m3/h。

    采集120s的数据。
    同时关闭2，3号球阀，使系统流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。

    采集120s的数据。
    关闭数据采集系统。
    将温控箱温度重新设定至-40℃，和+23℃，重复步骤a）到l）。

    3  实验数据处理及结果分析
    3.1  实验数据处理
    通过实验室的模拟测试，对于2.1kPa和30kPa出口设定压力，分别得到的6条曲线，3条不同温度下的压力曲线和3条不同温度下的流量曲线，如图4和图5所示。在第120s、240s和360s时，由于流量突然增加，造成出口压力瞬时降低。在第480s时，由于流量突然减小，造成出口压力瞬时升高。图中的横轴表示球阀的动作响应时间，很好纵轴对应分体式澳门威尼娱乐9479网址出口压力p2，第二纵轴表示分体式澳门威尼娱乐9479网址对应该出口压力下流量q。

 

    3.2  实验结果分析
    为了深入研究温度及流量突变对分体式澳门威尼娱乐9479网址响应速度的影响趋势，把每个流量突变点前后的出口压力p2，流量q列表如表1所示。

    从第1阶梯到第2阶梯，以及从第2阶梯到第3阶梯，下游用户需求量突然增大，流量陡增，分体式澳门威尼娱乐9479网址不能及时打开，造成出口压力p2在流量陡增的瞬间下降，然后逐渐恢复平衡。相应的从第3阶梯到第4阶梯，以及从第4阶梯到第5阶梯，下游用户需求量突然减小，流量陡降，分体式澳门威尼娱乐9479网址不能及时关闭，造成出口压力p2在流量陡降的瞬间突然升高，然后逐渐恢复平衡。

    为了更直观严谨的对比每个阶段响应速度的不同，对原始数据进行处理，得到如下表格2和表格3。将Δp2%/Δq%作为响应速度的直观量化表达，若Δp2%/Δq%的值大，说明单位流量变化照成的出口压力变化大，即说明分体式澳门威尼娱乐9479网址响应相对较慢，反之亦然。

 

 

 

    4  结束语
    在相同条件下，工作环境温度越低，分体式澳门威尼娱乐9479网址响应速度越慢。在流量陡降瞬间，-40℃温度条件下，分体式澳门威尼娱乐9479网址的响应速度**慢。

    分体式澳门威尼娱乐9479网址在流量陡降时（第3阶梯到第4阶梯，第4阶梯到第5阶梯）比流量陡增时（第1阶梯到第2阶梯，第2阶梯到第3阶梯）响应速度慢。即分体式澳门威尼娱乐9479网址在关闭时的响应速度比打开时的响应速度慢。

    在相同工况下，分体式澳门威尼娱乐9479网址出口压力p2的设定值越低，其响应速度相对越慢。