雙級氧氣壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

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之前介紹DKZ型直行程電動執(zhí)行機(jī)器，現(xiàn)在介紹雙級壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)雙級壓力調(diào)節(jié)器主要適用于輸入壓力需要精密控制和調(diào)整的分析儀器、環(huán)保儀器設(shè)備、電力工業(yè)、以及其它儀器和設(shè)備.還適用于無腐蝕性(YQ系列)或有腐蝕性(YQF系列)的純氣及標(biāo)準(zhǔn)混合氣體，對鋼瓶氣體的高壓氣源進(jìn)行精密調(diào)節(jié)后，送入儀器設(shè)備。 雙級氧氣減壓閥的性能及受力情況。分析了彈簧剛度和膜片形狀及膜片有效面積對閥門流量的影響。論述了閥門結(jié)構(gòu)改進(jìn)的方法及效果。

1、雙級壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)概述
雙級氧氣減壓閥(型號YQJ11) 的額定壓力為15MPa, Ⅰ級出口壓力3MPa, Ⅱ級出口壓力0～1.6MPa可調(diào)。由于雙級減壓, 安全可靠, 該閥多年來受到廣大客戶的歡迎。但是其在公稱壓力116MPa時的100m3 /h額定流量不能滿足日益發(fā)展的生產(chǎn)需要, 為此通過改進(jìn)閥門結(jié)構(gòu)提高了減壓閥的流量。

2、雙級氧氣壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)性能
2.1、雙級氧氣壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)工作原理
雙級氧氣減壓閥(圖1) 是一種簡單的雙級壓力調(diào)節(jié)器。由于閥門下部受進(jìn)氣壓力作用, 閥門上部受出氣壓力作用, 閥門上受到不平衡的作用力,故稱背壓式減壓閥。該閥在原始狀態(tài)時, 進(jìn)氣閥在復(fù)位彈簧的作用下處于關(guān)閉狀態(tài), 輸入和輸出不通, 輸出口無氣壓輸出。若順時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘,調(diào)壓彈簧壓縮, 推動閥桿下移, 進(jìn)氣閥門被打開,在輸出口有氣壓輸出。若逆時針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘, 調(diào)壓彈簧放松, 作用在膜片上的氣壓力大于彈簧力,進(jìn)氣閥在下部進(jìn)氣壓力和復(fù)位彈簧的作用下隨膜片向上移動, 氣體流通面積減少, 減壓作用加強(qiáng), 輸出壓力下降。該閥右側(cè)是高壓級, 左側(cè)是低壓級。額定15MPa的氣源壓力p1 從進(jìn)氣口經(jīng)過銅粉末冶金濾網(wǎng)進(jìn)入高壓級減壓閥, 經(jīng)減壓后的出口壓力p2 調(diào)節(jié)到3MPa, 高壓級出口的氣體又進(jìn)入低壓級減壓閥, 經(jīng)過第二次減壓后壓力降為p3 從出口輸出, 出口壓力的調(diào)節(jié)范圍為0～1.6MPa。

YQJ11雙極氧氣減壓閥

1.調(diào)節(jié)螺釘 2.調(diào)節(jié)彈簧 3.碟形膜片 4.閥桿 5.進(jìn)氣閥門 6.復(fù)位彈簧

圖1 YQJ11雙極氧氣減壓閥

2.2、受力分析

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥減壓閥的受力分析如圖2所示。閥處于平衡狀態(tài)時, 力的平衡方程為

F1 +A0 p2 =A1 p2 +A0 p1 + F2 (1)

式中p1、p2 ———輸入、輸出壓力, MPa
A1 ———膜片有效面積, mm 2
A2 ———閥瓣有效面積, mm 2
F1 ———調(diào)壓彈簧力, N
F2 ———復(fù)位彈簧力, N

減壓閥受力分析

圖2 減壓閥受力分析

如果閥的輸入壓力不變, 輸出流量變動△qv所對應(yīng)的進(jìn)氣閥門開度波動為△s, 引起輸出壓力變動△p2 , 當(dāng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)時, 力的平衡方程為

式中k1 ———調(diào)壓彈簧剛度, N /mm
k2 ———復(fù)彈彈簧剛度, N /mm
△s———閥門開度變化量, mm
C———閥門開度與流量的比例關(guān)系

式(2) 表示了減壓閥的流量特性, 它指出了改善流量特性有兩種方法。一是減小彈簧剛度之和, 二是增大膜片的有效面積。

技術(shù)參數(shù)

2、穩(wěn)定性：氣源壓力在5～15MPa范圍內(nèi)，進(jìn)口壓力每變化1MPa，出口壓力的變化不大于7*10-4MPa 
3、流量特性：在進(jìn)口壓力大于2MPa時，調(diào)節(jié)流量在額定范圍內(nèi)變化，輸出壓力變化不大于輸出壓力表測量上*的6% 
4、安裝連接： 
a.入口端：G5/8"(左、右旋)，W21.85 14牙寸(左、右旋)
b.出口端：M10*1; M8*1軟管接頭等. 
三、適應(yīng)氣體： 
YQ系列
H2、O2、N2、CH4、CO、CO2、He、Ne、Ar等非腐蝕性氣體

YQF系列 
NH3、SO2、H2S、HCL、NO等腐蝕性氣體.

3、改進(jìn)措施
3.1、減小低壓級減壓器調(diào)壓彈簧剛度
從式(2) 看出減小彈簧剛度之和, 可以提高減壓閥的流量。YQJ11雙級減壓閥的高壓級額定輸入壓力16MPa, 輸出壓力3MPa, 調(diào)壓彈簧直徑8mm、剛度750N/mm, 彈簧負(fù)荷5 620N。低壓級的輸入壓力3MPa, 輸出壓力1.6MPa, 彈簧負(fù)荷2 800N,僅為高壓級彈簧負(fù)荷的1/2, 可是選用的彈簧硬度卻與高壓級彈簧相同, 復(fù)位彈簧的剛度也是相同為13.5N /mm。根據(jù)分析可以看到, 低壓級調(diào)壓彈簧的剛度過硬, 嚴(yán)重影響了雙級減壓閥的輸出流量。為此, 根據(jù)實(shí)際工況條件設(shè)計了不同直徑和剛度的彈簧用于低壓級減壓閥, 并將低壓級的出口壓力分為0 ～0.6MPa、0.6 ～1.0MPa 和1.0 ～1.6MPa三個等級, 根據(jù)不同的壓力級設(shè)計不同的調(diào)壓彈簧, 壓力高的彈簧硬, 壓力低的彈簧軟。經(jīng)過測試, 出口壓力低時輸出流量明顯提高(表1) 。隨著彈簧尺寸的改變, 閥門型號改為YQJ11A、YQJ11B和YQJ11C。

表1 雙級減壓閥空氣流量測試

表1 雙級減壓閥空氣流量測試 

3.2、調(diào)整膜片形狀
從式(2) 看出, 膜片的有效面積A1 越大, 減壓閥的流量也就越大。經(jīng)過反復(fù)的測試和研究確定,碟形膜片的有效面積比平膜片小(表2、表3) 。但原有的高壓減壓閥采用有效面積小的碟形膜片, 是為了滿足出口壓力高和結(jié)構(gòu)緊湊的要求, 這樣才能在出口壓力高的情況下減小調(diào)節(jié)彈簧的負(fù)荷, 也就減小了調(diào)節(jié)彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸和減壓閥的結(jié)構(gòu)尺寸。

 表2 YQJ11B型δ014膜片有效面積表3 YQJ11C型δ0125膜片有效面積

減壓閥的出口通徑Dn 與活門通徑Dz 的合理比值對于空氣介質(zhì)為0.6, 即減壓閥的出口通流面積An 與活門通流面積Az 的合理比值為2.78。YQJ11低壓級減壓器Dz = 7, Dn = 8, (An /Az ) =1.6 (活門通道中頂桿直徑3mm ) , An /Az 小于2.78。YQJ11B 輸出壓力降到了1.0M Pa, 在確認(rèn)出氣口強(qiáng)度允許的情況下, 將出氣口的通徑由8mm 增大到10mm, An /Az 由1.6增大到2.5, 這項(xiàng)改進(jìn), 進(jìn)一步提高了閥門輸出流量。

4、結(jié)語
輸出流量是減壓閥的一個重要參數(shù), 在滿足輸出壓力的前提下, 應(yīng)該盡可能的提高輸出流量, 以zui大程度的滿足用戶需要。通過對YQJ11 型減壓閥設(shè)計合理的彈簧, 減小調(diào)壓彈簧的剛度、使用合適的膜片, 加大膜片有效面積, 加大出口通徑等措施, 提高了減壓閥的輸出流量, 改善了減壓閥的流量特性, 擴(kuò)大了減壓閥的使用范圍。與本文相關(guān)的論文：鈦合金截止閥J41TA