YQJ11雙級氧氣減壓閥

                                YQJ11雙級氧氣減壓閥

                               上海申弘閥門有限公司

1、概述
之前介紹西氣東輸管道燃氣閥門，現在介紹YQJ11雙級氧氣減壓閥雙級氧氣減壓閥(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。YQJ11雙級氧氣減壓閥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。YQY－11型雙級式減壓器是直動式減壓器，是氧氣匯流排常用配備的設備。在進口壓力和出口流量都發生變化的條件下，依靠氧氣自身的能量保持出口壓力的穩定。(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。


 
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
受力分析
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
 
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。

 

2、性能
2.1、工作原理
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥雙級氧氣減壓閥(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

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。

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

 （1）工作原理：高壓氧氣從進口進入高壓室A后通過活門3進入B室，進口壓力由高壓表1指示，B室的壓力已在出廠時固定調節好，順時針轉動調節螺桿9，壓縮彈簧10，傳動彈簧墊塊11、薄膜12和頂桿門，從而使活門14離開閥座，此時B室的中壓氧氣經過活問和閥座之間形成的節流間隙進入低壓室C擴散減壓，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輸出壓力過高，在中低壓室裝有安全活門D、E。
    （2）調節操作：減壓后的壓力由調節螺桿擰動來調節，順時針擰動，輸出壓力增高，反之降低。主要是改變彈簧所產生的彈力，致使薄膜下面與之平衡的氧氣壓力產生變化來達到所需要的工作壓力，調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，應檢查連接螺紋是否適合。有無損壞，吹除接口內塵粒。
    b應先打開氧源開關，然后再旋緊減壓器調壓螺桿，以調節P出。減壓器前的開關閥應緩慢打開，避免突然開大。
      c打開氧氣瓶閥或減壓器開關時應站在側面，不應對著瓶口或減壓器。
      d氧氣減壓器只能用于氧氣，嚴禁與其它氣體混用。 
     e調壓螺桿用久后可能擰動困難，此時應擰出螺桿，揩凈螺桿及螺孔上的污垢，然后可抹一些抗氧化硅脂，延長使用壽命。嚴禁使用其它油脂。
      f減壓器連接部分漏氣為螺紋松動或墊圈損壞所致，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，均應針對情況及時修理，不得帶故障工作。
     g在調壓螺桿松開狀態下，出口壓力表緩慢上升或出口有氣流，此種現象稱為自流或直風，主要為活門或活門座上有垃圾或損壞，應及時拆開修理或更換。
      h冰塞現象及處理
     在減壓器工作一段時間后供氧不足，吸氧困難，或減壓器出口壓力表指針擺過大，忽高忽低，表示活門產生了凍結或冰塞現象，可用熱水或蒸氣加熱來消除，切忌明火加溫。此現象多在冬季及大流量時發生，這是因為減壓器前后壓差很大，氣流經過活門時氣體膨脹吸熱而溫度降低。當低至露點時氧氣中的水汽便在活門附近凝結，致使活門運動失靈，吸氧阻力加大。而在停止吸氧的間歇期內壓力又失控持續上升，很快沖開安全活門排氣，甚至會沖脫管路或沖壞壓力表造成危險。此種情況的發生為低溫及大流量的雙重效應，例如某型減壓器在室溫＜15℃及人員＞8人時發生，室溫升高或人員減少時又正常。應當指出，活門一旦冰塞失控，即使停止吸氧其自流危險也不會消失，擰松調壓螺桿也無法糾正，必須立即關閉氧源。若要避免冰塞，應從減壓器的選擇、供氧人數的限制以及室溫的保持三個方面予以解決。氧氣匯流排之后及艙內吸氧管之前，安置一定容積的商狀緩沖器，這對減小吸氧阻力及防止冰塞現象可有一定好處。

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。與本產品相關論文：壓力調節閥配套壓力變送器