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燃气调压器工作原理
来源:河北枣强燃气调压器制造有限公司 admin  点击:4135  发布时间:2011-12-5

调压器工作原理

  燃气调压器是液化气安全燃烧的一个重要部件,连通在钢瓶和炉具之间.调压器不仅能把瓶内的高压石油气变为低压石油气(从980千Pa降至100千Pa左右),还能把低压气,稳定在适合炉具安全燃烧的压强范围内.即做到经它输出的石油气,在炉具火孔处的气压,随地随时地比外界大气压值大2940Pa左右,因此实际上调压器是一种自动稳压装置.人们习惯地把它称为减压器,是只注意到了它降压的功能,而忽视了它稳压的本领.调压器整个设计之巧妙精细,正是表现在它的稳压本领方面,本文拟在这方面作详尽的说明. 下图是调压器的结构图,它主要由手轮、进气管、上阀盖、下阀盖、橡皮膜、进气喷嘴、阀垫、一个小杠杆、出气管等零部件组成.调压器中间是一块圆形的橡皮膜,它把调压器分为上下两个气室.上气室内有一弹簧,上端连着调节螺盖,下端连着橡皮膜.在上阀盖边沿处有一个直径为0.8毫m的小孔,使上气室与外界相通,此孔形象地称为呼吸孔.下气室中有一个精黄铜制成的杠杆,总长为5cm左右,转动性能非常灵敏.杠杆右端与橡皮膜中心连接在一起,左端粘着阀垫,紧扣在进气喷嘴上,对喷出的高压石油气产生阻尼作用.此杠杆左右两端离支点距离为左短右长,是不等臂杠杆.其表现特点为:对杠杆右端作用力的微小变化,势必使杠杆左端的作用力产生一个较大的变化.在原理上讲,实现了对力的放大;在效果上讲,增加了对高压气的阻尼作用. 燃气调压器工作原理
  为了更清楚地阐明调压器的工作原理,有必要弄清楚这个问题:气体安全燃烧应具备什么条件? 固体燃料要安全燃烧,要具备两个条件:一是适量的助燃气体 (空气或氧气),二是燃烧物质保持一定的温度(通常高于着火点).固体燃烧时,已燃部分对未燃部分的传热方式是传导和辐射,燃烧方向是由外向其中心发展.固体燃烧时发生热膨胀,体积变大,但变化不大,其位移几乎为零.气体燃烧时,已燃部分对未燃部分的传热方式,除了传导和辐射外,增加了对流方式,燃烧方向是由中心向外发展.气体燃烧时发生剧烈热膨胀,其生成物的体积为燃烧前体积数百千倍,并以较快速度发生位移①.因此仅满足上述的两个条件,是无法使气体安全燃烧的. 现代燃烧理论告诉我们,气体安全燃烧还必须具备第三个条件,即维护一定大小的气压差,使燃气的出气速度等于燃烧速度.只有这样,在一定范围内达到动态平衡,火焰就能维持稳定状态,从而实现气体的安全燃烧.若出气压强过大,就会使出气速度大于燃烧速度,造成火焰离开火孔一定距离燃烧,此现象术语叫做离焰.若燃气压强继续上升,火焰将离火孔更远处燃烧,火焰的稳定性②遭到进一步破坏,火焰飘忽不定,直至最后完全熄灭,这种现象叫做脱火.脱火时,燃气会继续外泄,在空气中形成大量的有毒气体或爆炸性气体,极易引发事故;若燃气压强过小,会使燃烧速度大于出气速度,造成火焰会进入火孔继续燃烧,这现象叫做回火.回火时,形成缺氧状态的不完全燃烧,产生大量有毒气体,还会向外溢出石油气,也极易引发事故. 经工程技术人员大量实验,不仅证实了气体安全燃烧要维持一定气压差,而且还证实了不同成份的气体,安全燃烧所需要的气压差并不相同.例如:人工煤气,80—100mm水柱;液化石油气,250—350mm水柱.前文提到的2940Pa正是这两个数值的平均值. 让我们回到调压器原理上来.当我们打开钢瓶上的角阀(即通气开关)时,高压石油气通过进气管冲开阀垫进入下气室,随着下气室气体的增多,下气室压强就会升高,逼使橡皮膜向上凸起.上气室体积逐步变小,当上气室压强大于大气压时,室内空气从呼吸孔缓慢排出,完成了调压器一次呼气过程.在这一过程中,杠杆右端上移,左端则下压,使进气喷嘴逐步关闭,停止供气,使下气室压强不再上升. 当打开燃气炉开关后,由于燃气向外输出,下气室压强变小,橡皮膜下凹,带动杠杆右端下移左端上动,阀垫开启,高压石油气进入下气室.在这一过程中,上气室体积逐渐变大,当它的压强小于外界大气压时,空气从外经呼吸孔进入上气室,完成了调压器一次吸气过程. 因此,在炉具燃烧过程中,橡皮膜不停地上凸下凹,阀垫由杠杆带动,也随着不断关闭开启.在整个动态变化中,我们只要保证调压器中的杠杆,它左、右两力臂(注意左短右长的特点)之长,有一个合理的比例,加上橡皮膜与弹簧对杠杆右端,施加一个大小适当的合力,就能让阀垫开启时间远小于关闭时间,并让这两段时间有一个恰当的比值.这个恰当比值,就保证了下气室的气压,始终比上气室大2940Pa左右.对于上气室气压来讲,可近似地认为就是当时外界的大气压值③.这样就使燃气离开火孔处的压强,永远比大气压值大2940Pa左右,燃气在稳定状态下燃烧.这是调压器设计上的第一个精妙之处. 第二个精妙之处,表现在呼吸孔的设计上,是那样独具匠心.一是呼吸孔为什么开钻在上阀盖的边沿上?而不是开钻在易于钻孔的其它位置?二是呼吸孔直径为0.8毫m,仅能穿过最小号的锈花针,孔径为什么如此之小? 小孔开钻在阀盖的边沿上,是为了让它紧靠橡皮膜.如果下气室气压过大,橡皮膜就向上凸起,立刻堵住呼吸孔,防止了上气室中的空气由呼吸孔向外排出.根据玻意耳特定律可知,被密闭在上气室内一定质量的空气,在体积变小的过程中,其压强不断变大.即是pV=常量.防止了橡皮膜因上下气压悬殊过大而破损,避免了因膜片破损造成石油气外泄事故的发生. 呼吸孔直径为0.8毫m,但孔深却在1cm左右,这儿充分应用了流体力学知识.流体在运动时,由于阻滞作用会存在内摩擦力.孔洞面积越小,深度越大,内摩擦力就越大,阻尼效果就明显——每秒流量变小.这样,上气室在呼气和吸气时,有一个较长的时间过程,从而保证了在动态变化中,在石油气增减压强时,不是迅猛增加,也不是迅猛减少,就能让火焰稳定燃烧,体现了动态平衡的调节过程.

直接作用式调压器

  由测量元件(薄膜)、传动部件(阀杆)和调节机构(阀门)组成。当出口后的用气量增加或进口压力降低时,出口压力就下降,这时由导压管反映的压力使作用
燃气调压器在薄膜下侧的力小于膜上重块(或弹簧)的力,薄膜下降,阀瓣也随着阀杆下移,使阀门开大,燃气流量增加,出口压力恢复到原来给定的数值。反之,当出口后的用气量减少或进口压力升高时,阀门关小,流量降低,仍使出口压力得到恢复。出口压力值可用调节重块的重量或弹簧力来给定。小型液化石油气减压阀和用户调压器都是直接作用式的。

间接作用式调压器

  工作原理见图2。它由主调压器、指挥器和排气阀组成。当出口压力p2低于给定值时,指挥器的薄膜就下降,使指挥器阀门开启,经节流后压力为p3的燃气补充到主调压器的膜下空间。由于p3大于p2,使主调压器阀门开大,流量增加,p2恢复到给定值。反之,当p2超过给定值时,指挥器薄膜上升,使阀门关闭。同时,由于作用在排气阀薄膜下侧的力使排气阀开启,一部分压力为p3的燃气排入大气,使主调压器薄膜下侧的力减小,又由于p2偏大,故使主调压器的阀门关小,p2也即恢复到给定值。燃气储配站、区域调压站和大型用户专用调压站,基本上都采用间接作用式调压器。  

燃气调压器

我国使用液化石油气的热水器和煤气灶安全使用的燃气压力均为2800Pa,瓶装液化石油气钢瓶内煤气压力一般有4kg,通过钢瓶前的减压阀将煤气压力降到0.028kg(即2800Pa)后供热水器或煤气灶使用。
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