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                                     雙級氧氣壓力調節器結構

                                     上海申弘閥門有限公司

之前介紹DKZ型直行程電動執行機器，現在介紹雙級壓力調節器結構雙級壓力調節器主要適用于輸入壓力需要精密控制和調整的分析儀器、環保儀器設備、電力工業、以及其它儀器和設備.還適用于無腐蝕性(YQ系列)或有腐蝕性(YQF系列)的純氣及標準混合氣體，對鋼瓶氣體的高壓氣源進行精密調節后，送入儀器設備。 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。論述了閥門結構改進的方法及效果。

1、雙級壓力調節器結構概述
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。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展的生產需要, 為此通過改進閥門結構提高了減壓閥的流量。

2、雙級氧氣壓力調節器結構性能
2.1、雙級氧氣壓力調節器結構工作原理
雙級氧氣減壓閥(圖1) 是一種簡單的雙級壓力調節器。由于閥門下部受進氣壓力作用, 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。該閥在原始狀態時, 進氣閥在復位彈簧的作用下處于關閉狀態, 輸入和輸出不通, 輸出口無氣壓輸出。若順時針旋轉調節螺釘,調壓彈簧壓縮, 推動閥桿下移, 進氣閥門被打開,在輸出口有氣壓輸出。若逆時針旋轉調節螺釘, 調壓彈簧放松, 作用在膜片上的氣壓力大于彈簧力,進氣閥在下部進氣壓力和復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, 輸出壓力下降。該閥右側是高壓級, 左側是低壓級。額定15MPa的氣源壓力p1 從進氣口經過銅粉末冶金濾網進入高壓級減壓閥, 經減壓后的出口壓力p2 調節到3MPa, 高壓級出口的氣體又進入低壓級減壓閥, 經過第二次減壓后壓力降為p3 從出口輸出, 出口壓力的調節范圍為0～1.6MPa。

YQJ11雙極氧氣減壓閥

1.調節螺釘 2.調節彈簧 3.碟形膜片 4.閥桿 5.進氣閥門 6.復位彈簧

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 ———調壓彈簧力, N
F2 ———復位彈簧力, 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所對應的進氣閥門開度波動為△s, 引起輸出壓力變動△p2 , 當達到新的平衡狀態時, 力的平衡方程為

式中k1 ———調壓彈簧剛度, N /mm
k2 ———復彈彈簧剛度, 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。

技術參數

2、穩定性：氣源壓力在5～15MPa范圍內，進口壓力每變化1MPa，出口壓力的變化不大于7*10-4MPa 
3、流量特性：在進口壓力大于2MPa時，調節流量在額定范圍內變化，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、改進措施
3.1、減小低壓級減壓器調壓彈簧剛度
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, 調壓彈簧直徑8mm、剛度750N/mm, 彈簧負荷5 620N。低壓級的輸入壓力3MPa, 輸出壓力1.6MPa, 彈簧負荷2 800N,僅為高壓級彈簧負荷的1/2, 可是選用的彈簧硬度卻與高壓級彈簧相同, 復位彈簧的剛度也是相同為13.5N /mm。根據分析可以看到, 低壓級調壓彈簧的剛度過硬, 嚴重影響了雙級減壓閥的輸出流量。為此, 根據實際工況條件設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, 根據不同的壓力級設計不同的調壓彈簧, 壓力高的彈簧硬, 壓力低的彈簧軟。經過測試, 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。經過反復的測試和研究確定,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構緊湊的要求, 這樣才能在出口壓力高的情況下減小調節彈簧的負荷, 也就減小了調節彈簧的結構尺寸和減壓閥的結構尺寸。

 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, 在確認出氣口強度允許的情況下, 將出氣口的通徑由8mm 增大到10mm, An /Az 由1.6增大到2.5, 這項改進, 進一步提高了閥門輸出流量。

4、結語
輸出流量是減壓閥的一個重要參數, 在滿足輸出壓力的前提下, 應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 型減壓閥設計合理的彈簧, 減小調壓彈簧的剛度、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, 擴大了減壓閥的使用范圍。與本文相關的論文：鈦合金截止閥J41TA