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                                     双级氧气压力调节器结构

                                     上海申弘阀门有限公司

之前介绍dkz型直行程电动执行机器，现在介绍双级压力调节器结构双级压力调节器主要适用于输入压力需要精密控制和调整的分析仪器、环保仪器设备、电力工业、以及其它仪器和设备.还适用于无腐蚀性(yq系列)或有腐蚀性(yqf系列)的纯气及标准混合气体，对钢瓶气体的高压气源进行精密调节后，送入仪器设备。 双级氧气减压阀的性能及受力情况。分析了弹簧刚度和膜片形状及膜片有效面积对阀门流量的影响。论述了阀门结构改进的方法及效果。

1、双级压力调节器结构概述
双级氧气减压阀(型号yqj11) 的额定压力为15mpa, ⅰ级出口压力3mpa, ⅱ级出口压力0～1.6mpa可调。由于双级减压, 安全可靠, 该阀多年来受到广大客户的欢迎。但是其在公称压力116mpa时的100m3 /h额定流量不能满足日益发展的生产需要, 为此通过改进阀门结构提高了减压阀的流量。

2、双级氧气压力调节器结构性能
2.1、双级氧气压力调节器结构工作原理
双级氧气减压阀(图1) 是一种简单的双级压力调节器。由于阀门下部受进气压力作用, 阀门上部受出气压力作用, 阀门上受到不平衡的作用力,故称背压式减压阀。该阀在原始状态时, 进气阀在复位弹簧的作用下处于关闭状态, 输入和输出不通, 输出口无气压输出。若顺时针旋转调节螺钉,调压弹簧压缩, 推动阀杆下移, 进气阀门被打开,在输出口有气压输出。若逆时针旋转调节螺钉, 调压弹簧放松, 作用在膜片上的气压力大于弹簧力,进气阀在下部进气压力和复位弹簧的作用下随膜片向上移动, 气体流通面积减少, 减压作用加强, 输出压力下降。该阀右侧是高压级, 左侧是低压级。额定15mpa的气源压力p1 从进气口经过铜粉末冶金滤网进入高压级减压阀, 经减压后的出口压力p2 调节到3mpa, 高压级出口的气体又进入低压级减压阀, 经过第二次减压后压力降为p3 从出口输出, 出口压力的调节范围为0～1.6mpa。

yqj11双极氧气减压阀

1.调节螺钉 2.调节弹簧 3.碟形膜片 4.阀杆 5.进气阀门 6.复位弹簧

图1 yqj11双极氧气减压阀

2.2、受力分析

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀减压阀的受力分析如图2所示。阀处于平衡状态时, 力的平衡方程为

f1 a0 p2 =a1 p2 a0 p1 f2 (1)

式中p1、p2 ———输入、输出压力, mpa
a1 ———膜片有效面积, mm 2
a2 ———阀瓣有效面积, mm 2
f1 ———调压弹簧力, n
f2 ———复位弹簧力, n

减压阀受力分析

图2 减压阀受力分析

如果阀的输入压力不变, 输出流量变动△qv所对应的进气阀门开度波动为△s, 引起输出压力变动△p2 , 当达到新的平衡状态时, 力的平衡方程为

式中k1 ———调压弹簧刚度, n /mm
k2 ———复弹弹簧刚度, n /mm
△s———阀门开度变化量, mm
c———阀门开度与流量的比例关系

式(2) 表示了减压阀的流量特性, 它指出了改善流量特性有两种方法。一是减小弹簧刚度之和, 二是增大膜片的有效面积。

技术参数

2、稳定性：气源压力在5～15mpa范围内，进口压力每变化1mpa，出口压力的变化不大于7*10-4mpa 
3、流量特性：在进口压力大于2mpa时，调节流量在额定范围内变化，输出压力变化不大于输出压力表测量上*的6% 
4、安装连接： 
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软管接头等. 
三、适应气体： 
yq系列
h2、o2、n2、ch4、co、co2、he、ne、ar等非腐蚀性气体

yqf系列 
nh3、so2、h2s、hcl、no等腐蚀性气体.

3、改进措施
3.1、减小低压级减压器调压弹簧刚度
从式(2) 看出减小弹簧刚度之和, 可以提高减压阀的流量。yqj11双级减压阀的高压级额定输入压力16mpa, 输出压力3mpa, 调压弹簧直径8mm、刚度750n/mm, 弹簧负荷5 620n。低压级的输入压力3mpa, 输出压力1.6mpa, 弹簧负荷2 800n,仅为高压级弹簧负荷的1/2, 可是选用的弹簧硬度却与高压级弹簧相同, 复位弹簧的刚度也是相同为13.5n /mm。根据分析可以看到, 低压级调压弹簧的刚度过硬, 严重影响了双级减压阀的输出流量。为此, 根据实际工况条件设计了不同直径和刚度的弹簧用于低压级减压阀, 并将低压级的出口压力分为0 ～0.6mpa、0.6 ～1.0mpa 和1.0 ～1.6mpa三个等级, 根据不同的压力级设计不同的调压弹簧, 压力高的弹簧硬, 压力低的弹簧软。经过测试, 出口压力低时输出流量明显提高(表1) 。随着弹簧尺寸的改变, 阀门型号改为yqj11a、yqj11b和yqj11c。

表1 双级减压阀空气流量测试

表1 双级减压阀空气流量测试 

3.2、调整膜片形状
从式(2) 看出, 膜片的有效面积a1 越大, 减压阀的流量也就越大。经过反复的测试和研究确定,碟形膜片的有效面积比平膜片小(表2、表3) 。但原有的高压减压阀采用有效面积小的碟形膜片, 是为了满足出口压力高和结构紧凑的要求, 这样才能在出口压力高的情况下减小调节弹簧的负荷, 也就减小了调节弹簧的结构尺寸和减压阀的结构尺寸。

 表2 yqj11b型δ014膜片有效面积表3 yqj11c型δ0125膜片有效面积

减压阀的出口通径dn 与活门通径dz 的合理比值对于空气介质为0.6, 即减压阀的出口通流面积an 与活门通流面积az 的合理比值为2.78。yqj11低压级减压器dz = 7, dn = 8, (an /az ) =1.6 (活门通道中顶杆直径3mm ) , an /az 小于2.78。yqj11b 输出压力降到了1.0m pa, 在确认出气口强度允许的情况下, 将出气口的通径由8mm 增大到10mm, an /az 由1.6增大到2.5, 这项改进, 进一步提高了阀门输出流量。

4、结语
输出流量是减压阀的一个重要参数, 在满足输出压力的前提下, 应该尽可能的提高输出流量, 以zui大程度的满足用户需要。通过对yqj11 型减压阀设计合理的弹簧, 减小调压弹簧的刚度、使用合适的膜片, 加大膜片有效面积, 加大出口通径等措施, 提高了减压阀的输出流量, 改善了减压阀的流量特性, 扩大了减压阀的使用范围。与本文相关的论文：钛合金截止阀j41ta