雙級氧氣減壓閥的改良
說明了雙級氧氣減壓閥的性能及受力狀況。綜合了繃簧剛度和膜片形態(tài)及膜片無效面積對閥門流量的莫須有。闡述了閥門構(gòu)造改良的步驟及動機(jī)。1、概述
雙級氧氣減壓閥(型號YQJ11)的額外壓力為15MPa,Ⅰ級入口壓力3MPa,Ⅱ級入口壓力0～1.6MPa可調(diào)。因?yàn)殡p級減壓,保險牢靠,該閥積年來受到遼闊存戶的歡送。然而其在公稱壓力116MPa時的100m3/h額外流量使不得滿足日益停滯的生產(chǎn)須要,為此經(jīng)過改良閥門構(gòu)造普及了減壓閥的流量。2、性能2.1、作業(yè)原理
雙級氧氣減壓閥(圖1)是一種容易的雙級壓力調(diào)節(jié)器。因?yàn)殚y門下部受進(jìn)氣壓力作用,閥門上部受出氣壓力作用,閥門上受到不失調(diào)的作使勁,故稱背壓式減壓閥。該閥在原始狀態(tài)時,進(jìn)氣缸在復(fù)位繃簧的作用下在于開放狀態(tài),輸出和輸入不通,輸入口無氣壓輸入。若順時針繚繞調(diào)節(jié)螺絲,調(diào)壓繃簧壓縮,激發(fā)閥桿下移,進(jìn)氣缸門被翻開,在輸入口有氣壓輸入。若順時針繚繞調(diào)節(jié)螺絲,調(diào)壓繃簧抓緊,作用在膜片上的氣壓力大于繃簧力,進(jìn)氣缸鄙人部進(jìn)氣壓力和復(fù)位繃簧的作用下隨膜片向上挪動,氣體流通面積縮小,減壓作用增強(qiáng),輸入壓力上升。該閥右側(cè)是低壓級,左側(cè)是工業(yè)氣壓級。額外15MPa的氣源壓力p1從進(jìn)氣口通過銅粉末冶金濾網(wǎng)進(jìn)入低壓級減壓閥,經(jīng)減壓后的入口壓力p2調(diào)節(jié)到3MPa,低壓級入口的氣體又進(jìn)入工業(yè)氣壓級減壓閥,通過第二次減壓后壓力降為p3從入口輸入,入口壓力的調(diào)節(jié)規(guī)模為0～1.6MPa。
1.調(diào)節(jié)螺絲 2.調(diào)節(jié)繃簧 3.碟形膜片 4.閥桿 5.進(jìn)氣缸門 6.復(fù)位繃簧
圖1 YQJ11雙極氧氣減壓閥
2.2、受力綜合
減壓閥的受力綜合如圖2所示。閥在于失調(diào)狀態(tài)時,力的失調(diào)方程為
F1+A0p2=A1p2+A0p1+F2(1)
式中p1、p2———輸出、輸入壓力,MPa
A1———膜片無效面積,mm2
A2———閥瓣無效面積,mm2
F1———調(diào)壓繃簧力,N
F2———復(fù)位繃簧力,N
圖2 減壓閥受力綜合
那末閥的輸出壓力一成不變,輸入流質(zhì)變動△qv所對應(yīng)的進(jìn)氣缸門開度穩(wěn)定為△s,導(dǎo)致輸入壓力變動△p2,當(dāng)達(dá)成新的失調(diào)狀態(tài)時,力的失調(diào)方程為
式中k1———調(diào)壓繃簧剛度,N/mm
k2———復(fù)彈繃簧剛度,N/mm
△s———閥門開度變遷量,mm
C———閥門開度與流量的對比關(guān)系
式(2)示意了減壓閥的流量特點(diǎn),它指出了改善流量特點(diǎn)有兩種步驟。一是減小繃簧剛度之和,二是增大膜片的無效面積。
3、改良措施3.1、減小工業(yè)氣壓級減壓器調(diào)壓繃簧剛度
從式(2)看出減小繃簧剛度之和,能夠普及減壓閥的流量。YQJ11雙級減壓閥的低壓級額外輸出壓力16MPa,輸入壓力3MPa,調(diào)壓繃簧直徑8mm、剛度750N/mm,繃簧載荷5620N。工業(yè)氣壓級的輸出壓力3MPa,輸入壓力1.6MPa,繃簧載荷2800N,僅為低壓級繃簧載荷的1/2,可是選用的繃簧硬度卻與低壓級繃簧相反,復(fù)位繃簧的剛度也是相反為13.5N/mm。依據(jù)綜合能夠看到,工業(yè)氣壓級調(diào)壓繃簧的剛度過硬,重大莫須有了雙級減壓閥的輸入流量。為此,依據(jù)理論工況條件設(shè)計了相反直徑和剛度的繃簧用來工業(yè)氣壓級減壓閥,并將工業(yè)氣壓級的入口壓力分為0～0.6MPa、0.6～1.0MPa和1.0～1.6MPa三身材銜,依據(jù)相反的壓力級設(shè)計相反的調(diào)壓繃簧,壓力高的繃簧硬,壓力低的繃簧軟。通過測試,入口壓力低時輸入流量顯然普及(表1)。隨著繃簧尺寸的改觀,閥門型號改為YQJ11A、YQJ11B和YQJ11C。
表1 雙級減壓閥大氣流量測試
3.2、調(diào)整膜片形態(tài)
從式(2)看出,膜片的無效面積A1越大,減壓閥的流量也就越大。通過重復(fù)的測試和鉆研確定,碟形膜片的無效面積比平膜片小(表2、表3)。但原有的低壓減壓閥采納無效面積小的碟形膜片,是為了滿足入口壓力高和構(gòu)造緊湊的務(wù)求,那樣能力在入口壓力高的狀況下減小曲節(jié)繃簧的載荷,也就減小了調(diào)節(jié)繃簧的構(gòu)造尺寸和減壓閥的構(gòu)造尺寸。
表2 YQJ11B型δ014膜片無效面積表3 YQJ11C型δ0125膜片無效面積
減壓閥的入口通徑Dn與活門通徑Dz的正當(dāng)比值關(guān)于大氣介質(zhì)為0.6,即減壓閥的入口通流面積An與活門通流面積Az的正當(dāng)比值為2.78。YQJ11工業(yè)氣壓級減壓器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輸入壓力降到了1.0MPa,在確認(rèn)出氣口強(qiáng)度容許的狀況下,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)改良,進(jìn)一步普及了閥門輸入流量。4、煞筆
輸入流量是減壓閥的一個不足道參數(shù),在滿足輸入壓力的前提下,無須盡可能的普及輸入流量,以最大水平的滿足用戶須要。經(jīng)過對YQJ11型減壓閥設(shè)計正當(dāng)?shù)目嚮?減小曲壓繃簧的剛度、運(yùn)用適合的膜片,加大膜片無效面積,加大入口通徑等措施,普及了減壓閥的輸入流量,改善了減壓閥的流量特點(diǎn),擴(kuò)充了減壓閥的運(yùn)用規(guī)模。
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