为应对全球气候变暖,加快“碳达峰”、“碳中和”进程,天然气作为清洁能源因具有热值高、排碳低、储量大、分布广等优势被广泛应用,其表观消耗量逐年突破新高。天然气从高压气源端输送至低压用户端,需要经过多级降压调节,其中的调压器是保证燃气压力稳定、按需供应的关键设备。然而,传统节流降压浪费了丰富的天然气压力能。如何简化现有并联配置压力能回收装置的繁杂系统,实现稳定调压和压力能回收,是燃气行业亟需解决的问题。本文提出新型膨胀机燃气调压发电技术方案,通过实验和模拟方法,开展基于膨胀机的调压系统性能研究。实验将单螺杆膨胀机与模糊PID控制相结合,综合考虑各设备匹配度、实验场地限制及人员安全保障,搭建了新型单螺杆膨胀机燃气调压实验台,研究了PID控制参数、下游输气量和下游预设压力值对膨胀机调压性能的影响。结果表明,控制参数对膨胀机调压系统性能影响较大,最佳控制参数是实现稳定调压、精确调压的首要基础;在最佳控制参数调控下,分别多次改变下游输气量和预设压力值,输气流量和预设压力值变化对膨胀机调压系统性能具有一定影响,经监测实际压力值与预设压力值偏差小于2%,整体调压效果较好,且系统能输出相对稳定功率。该调压系统既能实现稳定调压,后期加装发电机后又能实现压力能回收,简化了原有并联调压发电系统结构,为燃气调压行业提供创新思路。以实验用单螺杆膨胀机为CFD数值模拟对象,经模型简化、网格划分、求解设置及后处理等操作开展单螺杆膨胀机膨胀降压过程可视化研究。结果表明,单螺杆膨胀机两个180°对称分布工作腔内各个槽道依次完成吸气、膨胀和排气过程,膨胀机进、出口温差较大;槽道内流体呈涡旋流动,靠近进气侧膨胀槽道因齿槽间隙产生扰动流和双漩涡,槽道内主流流体速度较小,最大瞬时速度出现在啮合间隙处;经数据监测可知,膨胀机进、出口压力、速度、进口质量流量呈周期性变化;在平均质量流量监测下,膨胀机进口质量流量随进口压力变化、膨胀机输出功率随螺杆转速变化均为近似线性规律。单螺杆膨胀机三维数值模拟研究相对较少,该工作的开展解决了可视化实验难度大、成本高的难题,为后续单螺杆膨胀机内部动态研究奠定理论和技术基础。