YQJ11雙級(jí)氧氣減壓閥
上海申弘閥門有限公司
1、概述
之前介紹西氣東輸管道燃?xì)忾y門，現(xiàn)在介紹YQJ11雙級(jí)氧氣減壓閥雙級(jí)氧氣減壓閥(型號(hào)YQJ11) 的額定壓力為15MPa, Ⅰ級(jí)出口壓力3MPa, Ⅱ級(jí)出口壓力0～1.6MPa可調(diào)。由于雙級(jí)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(shí)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。YQJ11雙級(jí)氧氣減壓閥雙級(jí)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(duì)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。YQY－11型雙級(jí)式減壓器是直動(dòng)式減壓器，是氧氣匯流排常用配備的設(shè)備。在進(jìn)口壓力和出口流量都發(fā)生變化的條件下，依靠氧氣自身的能量保持出口壓力的穩(wěn)定。(圖1) 是一種簡(jiǎn)單的雙級(jí)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(shí), 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(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘,調(diào)壓彈簧壓縮, 推動(dòng)閥桿下移, 進(jìn)氣閥門被打開,在輸出口有氣壓輸出。若逆時(shí)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(dòng), 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(jí), 左側(cè)是低壓級(jí)。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(jí)減壓閥, 經(jīng)減壓后的出口壓力p2 調(diào)節(jié)到3MPa, 高壓級(jí)出口的氣體又進(jìn)入低壓級(jí)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。
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
受力分析
減壓閥的受力分析如圖2所示。閥處于平衡狀態(tài)時(shí), 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
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(dòng)△qv所對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣閥門開度波動(dòng)為△s, 引起輸出壓力變動(dòng)△p2 , 當(dāng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)時(shí), 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。
2、性能
2.1、工作原理
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥雙級(jí)氧氣減壓閥(圖1) 是一種簡(jiǎn)單的雙級(jí)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(shí), 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(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘,調(diào)壓彈簧壓縮, 推動(dòng)閥桿下移, 進(jìn)氣閥門被打開,在輸出口有氣壓輸出。若逆時(shí)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(dòng), 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(jí), 左側(cè)是低壓級(jí)。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(jí)減壓閥, 經(jīng)減壓后的出口壓力p2 調(diào)節(jié)到3MPa, 高壓級(jí)出口的氣體又進(jìn)入低壓級(jí)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
減壓閥的受力分析如圖2所示。閥處于平衡狀態(tài)時(shí), 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(dòng)△qv所對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣閥門開度波動(dòng)為△s, 引起輸出壓力變動(dòng)△p2 , 當(dāng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)時(shí), 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。
3、改進(jìn)措施
3.1、減小低壓級(jí)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(jí)減壓閥的高壓級(jí)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(jí)的輸入壓力3MPa, 輸出壓力1.6MPa, 彈簧負(fù)荷2 800N,僅為高壓級(jí)彈簧負(fù)荷的1/2, 可是選用的彈簧硬度卻與高壓級(jí)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(jí)調(diào)壓彈簧的剛度過硬, 嚴(yán)重影響了雙級(jí)減壓閥的輸出流量。為此, 根據(jù)實(shí)際工況條件設(shè)計(jì)了不同直徑和剛度的彈簧用于低壓級(jí)減壓閥, 并將低壓級(jí)的出口壓力分為0 ～0.6MPa、0.6 ～1.0MPa 和1.0 ～1.6MPa三個(gè)等級(jí), 根據(jù)不同的壓力級(jí)設(shè)計(jì)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(cè)試, 出口壓力低時(shí)輸出流量明顯提高(表1) 。隨著彈簧尺寸的改變, 閥門型號(hào)改為YQJ11A、YQJ11B和YQJ11C。
表1 雙級(jí)減壓閥空氣流量測(cè)試
表1 雙級(jí)減壓閥空氣流量測(cè)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(cè)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
（1）工作原理：高壓氧氣從進(jìn)口進(jìn)入高壓室A后通過活門3進(jìn)入B室，進(jìn)口壓力由高壓表1指示，B室的壓力已在出廠時(shí)固定調(diào)節(jié)好，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿9，壓縮彈簧10，傳動(dòng)彈簧墊塊11、薄膜12和頂桿門，從而使活門14離開閥座，此時(shí)B室的中壓氧氣經(jīng)過活問和閥座之間形成的節(jié)流間隙進(jìn)入低壓室C擴(kuò)散減壓，低壓表如表示所需要的出口工作壓力。為了防止減壓失靈時(shí)輸出壓力過高，在中低壓室裝有安全活門D、E。
（2）調(diào)節(jié)操作：減壓后的壓力由調(diào)節(jié)螺桿擰動(dòng)來調(diào)節(jié)，順時(shí)針擰動(dòng)，輸出壓力增高，反之降低。主要是改變彈簧所產(chǎn)生的彈力，致使薄膜下面與之平衡的氧氣壓力產(chǎn)生變化來達(dá)到所需要的工作壓力，調(diào)整好工作壓力后即可打開管路閥門。
（3）氧氣減壓器的安全使用
a安裝到氧源控制板上以前，應(yīng)檢查連接螺紋是否適合。有無損壞，吹除接口內(nèi)塵粒。
b應(yīng)先打開氧源開關(guān)，然后再旋緊減壓器調(diào)壓螺桿，以調(diào)節(jié)P出。減壓器前的開關(guān)閥應(yīng)緩慢打開，避免突然開大。
c打開氧氣瓶閥或減壓器開關(guān)時(shí)應(yīng)站在側(cè)面，不應(yīng)對(duì)著瓶口或減壓器。
d氧氣減壓器只能用于氧氣，嚴(yán)禁與其它氣體混用。
e調(diào)壓螺桿用久后可能擰動(dòng)困難，此時(shí)應(yīng)擰出螺桿，揩凈螺桿及螺孔上的污垢，然后可抹一些抗氧化硅脂，延長(zhǎng)使用壽命。嚴(yán)禁使用其它油脂。
f減壓器連接部分漏氣為螺紋松動(dòng)或墊圈損壞所致，安全活門漏氣為墊片損壞或彈簧變形所致，蓋子漏氣系隔膜損壞，均應(yīng)針對(duì)情況及時(shí)修理，不得帶故障工作。
g在調(diào)壓螺桿松開狀態(tài)下，出口壓力表緩慢上升或出口有氣流，此種現(xiàn)象稱為自流或直風(fēng)，主要為活門或活門座上有垃圾或損壞，應(yīng)及時(shí)拆開修理或更換。
h冰塞現(xiàn)象及處理
在減壓器工作一段時(shí)間后供氧不足，吸氧困難，或減壓器出口壓力表指針擺過大，忽高忽低，表示活門產(chǎn)生了凍結(jié)或冰塞現(xiàn)象，可用熱水或蒸氣加熱來消除，切忌明火加溫。此現(xiàn)象多在冬季及大流量時(shí)發(fā)生，這是因?yàn)闇p壓器前后壓差很大，氣流經(jīng)過活門時(shí)氣體膨脹吸熱而溫度降低。當(dāng)?shù)椭谅饵c(diǎn)時(shí)氧氣中的水汽便在活門附近凝結(jié)，致使活門運(yùn)動(dòng)失靈，吸氧阻力加大。而在停止吸氧的間歇期內(nèi)壓力又失控持續(xù)上升，很快沖開安全活門排氣，甚至?xí)_脫管路或沖壞壓力表造成危險(xiǎn)。此種情況的發(fā)生為低溫及大流量的雙重效應(yīng)，例如某型減壓器在室溫＜15℃及人員＞8人時(shí)發(fā)生，室溫升高或人員減少時(shí)又正常。應(yīng)當(dāng)指出，活門一旦冰塞失控，即使停止吸氧其自流危險(xiǎn)也不會(huì)消失，擰松調(diào)壓螺桿也無法糾正，必須立即關(guān)閉氧源。若要避免冰塞，應(yīng)從減壓器的選擇、供氧人數(shù)的限制以及室溫的保持三個(gè)方面予以解決。氧氣匯流排之后及艙內(nèi)吸氧管之前，安置一定容積的商狀緩沖器，這對(duì)減小吸氧阻力及防止冰塞現(xiàn)象可有一定好處。
減壓閥的出口通徑Dn 與活門通徑Dz 的合理比值對(duì)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(jí)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(yǔ)
輸出流量是減壓閥的一個(gè)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, 以大程度的滿足用戶需要。通過對(duì)YQJ11 型減壓閥設(shè)計(jì)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。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：壓力調(diào)節(jié)閥配套壓力變送器
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