氧气汇流排用减压阀结构改进

2007年第4期 文章编号:1002-5855(2007)04-0037-03

阀 门 ) 37 )

氧气汇流排用减压阀结构改进

严仁兴

(上海气体阀门总厂,上海宝山200949)

摘要 分析了影响ZQ-1型半自动切换氧气汇流排流量的原因,采取了改进汇流排减压阀结构等措施,消除了系统故障,提高了设备使用性能。

关键词 半自控;氧气汇流排;流量;减压阀;弹簧;膜片;流通面积 中图分类号:TH134 文献标识码:A

Improvingonthestructureofpressurereducingvalves

usedforoxygencollectingbar

YANRen-xing

(ShanghaiGeneralGasValveFactory,Baoshang200949,China)

Abstract:AnalysesthereasonsforinfluencingonthefluxofZQ-1semiautomaticswitchoxygenco-llectingbar,takessomemeasurestoimprovethestructureofpressurereducingvalvesusedforoxygencollectingbar,toeliminatesystemfailureandincreaseworkingperformanceoftheequipment.

Keywords:semiautomatic;oxygencollectingbar;flux;pressurereducingvalve;spring;d-iaphragm;circulatingarea

1 概述

ZQ-1型半自动切换氧气汇流排装置是将多只氧气瓶分成两组,分别把各个瓶中的气体汇集在一起,通过控制系统经过减压、稳压后由管道轮流向各用气点的专用设备供气。由于集中供气,半自动切换,结构紧凑,使用方便,安全可靠,广泛应用于医院及工矿企业等。但是,使用中汇流排出现了流量不足,所用的减压阀外壳结霜等故障,影响了装置的正常使用。

2 分析及改进

ZQ-1型装置采用两只高压减压阀和1只低压减压阀,通过控制系统使两只高压减压阀轮流供气(图1)。减压阀是YQJ11型双级氧气减压阀拆开后经管道和三通相连接(表1)。

实测ZQ-1在输出压力015MPa、压降011MPa时的流量为17m/h(表2)。通过对系统及产品结构的分析,对系统及减压阀的弹簧、膜片和流通面积进行了多方面的改进,使汇流排的流量提高了317倍以上(表2)。211 弹簧

(),,,3

根据相关资料介绍,减压阀的流量仅与气体的种类、进口压力和主阀通流面积有关。对背压式减压阀在不供气时阀芯受力进行分析(图2),并建立平衡方程为

F1+A0p2=A1p2+A0p1+F2

(1)

图1 汇流排减压阀连接表1 汇流排与减压阀性能

产品型号ZQ-1YQJ11

输入压力MPa1515

Ñ级输出压力Ò级输出压力额定流量

MPa110310

MPa015116

M3/h30100

) 38 ) 阀 门 2007年第4期 供气时出口压力p2按规定的偏差值下降vp2,此时

Ñ级减压阀

装置

序号

型号

阀芯直径mm

YQJ11

123456

ZQ-1

78

666661066

出口通径mm77777766

调节弹簧直径mm88888888

刚度N/mm[***********]750750

膜片厚度mm[***********]014014

阀芯直径mm7777101077

出口通径mm[1**********]0

F1+A0(p2-vp2)-K1vS=

A1(p2-vp2)+A0p+F2+K2vS

(2)

表2 各种方案流量测试记录

Ò级减压阀

调节弹簧直径mm[***********]15

刚度N/mm[***********]750102

Ñ级出

膜片厚度mm[***********][1**********]

[***********]019019

015~014015~014015~014015~014015~014015~014015~014015~014

[**************]4

口压力MPa

Ò级出口压力MPa

流量M3/h

vp2)))输出压力偏差,MPa

从式(5)看到,调压弹簧刚度越大,输出流量越小。YQJ11双级减压阀输入压力15MPa,Ñ级输出压力310MPa,Ò级输出压力115MPa。ZQ-1用的减压阀输入压力15MPa,Ñ级输出压力110MPa,Ò级输出压力015MPa。工况不同,但减压阀用的调压弹簧

材料和直径相同(8mm),刚度750N/mm。对弹簧的负荷进行了反复的测试(表3),从测试结果可以看出,低压级弹簧的负荷小,所以弹簧的选择不合理,刚度太大。新设计一根直径5mm,刚度102N/mm的弹簧,用于YQJ11-Ò级,按ZQ-1额定参数测试,流量提高215倍。

表3 弹簧测试

产品名称

输入压力MPa1631

输出压力MPa3115015

弹簧负荷

N[1**********]

图2 背压式减压阀受力分析

vp2(A1-A0)

vS=

K1+K2

另有

q=CvS

Cvp2(A1-A0)q=

K1+K2

式中 A1)))膜片有效面积,mm

A0)))阀芯有效面积,mmvS)))阀门开度,mmK1)))调压弹簧刚度,N/mmK2)))复位弹簧刚度,N/mmq)))输出流量,mm/hp1)))输入压力,MPa3

22

YQJ11-Ñ级

(3)(4)(5)

YQJ11-Ò级ZQ-1-Ò级

212 膜片

通过对多种高压减压阀使用碟形膜片的弹簧负荷进行测试和对膜片有效面积进行计算,认识到碟形膜片有效面积比平膜片小,适宜用在要求减压阀结构紧凑、压力特性和流量特性好的高压减压阀上。ZQ-1-Ò级装置进口压力低,可以采用平膜片,以加大膜片有效面积。从式(5)看到,膜片有效面积大,输出流量大。用D=0125mm的平膜片(图3)代替D=0140mm碟形膜片(图4),经在YQJ11-Ò级减压阀上进行测试,有效面积明(,

2007年第4期

阀 门 ) 39 )

表5 D=0140mm碟形膜片有效面积测试

输出压力MPa013

弹簧压缩量

mm[1**********]0

弹簧负荷膜片有效面积

N[1**********]8

mm[**************]5

有效直径mm[**************]1

图3

平膜片

014015016

213 出口通径

对常用减压阀的出口有效面积同阀芯有效面积进行统计(表6),大多数比值都小于2,但是根据

图4 碟形膜片

表4 D=0125mm平膜片有效面积测试

输出压力MPa[1**********]6

弹簧压缩量

mm681012

弹簧负荷膜片有效面积

N[1**********]224

mm[**************]5

有效直径mm[**************]6

资料介绍,对于空气介质

DZ=016DN即

AN/AZ=2178

式中 DZ)))阀芯有效直径,mm

DN)))出口通径,mmAZ)))阀芯有效面积,mm

2

AN)))出口有效面积,mm2

产品名称YQJ9DJY-20DJY-25YQJ1501-20YQJ1501-25

AN/mm[***********]1249019

AZ/mm2

[***********]8519

AN/A[***********]2

Z

表6 减压阀有效面积

产品名称YQJ11-ÑYQJ11-ÒYQJ30-ÒYQJ1506YQJ155

AN/mm[***********]013

AZ/mm[***********]114

AN/AZ[***********]60

为此把YQJ11-Ò级减压阀的出口通径在原结构允许的情况下,由8mm扩大到10mm,通流面积扩大115倍,减压阀流量提高了111%。214 通流面积

YQJ11-Ñ级减压阀出口通径7mm,但ZQ-1-Ñ级出口通径为6mm,而从Ñ级出口到Ò级进口之间的接头、管道和三通的通径都是6mm,为减少阻力把三通的通径扩大到8mm,其余扩大到7mm。

经过几方面的改进,在YQJ11减压阀上测试,其流量提高了314倍,在ZQ-1汇流排上测试,流量比原来提高了318倍左右。由于原汇流排的实际流量小,用户使用中实际流量已达到了其极限值,使得减压阀的外壳结霜严重。改进后减压阀允许的流通能力提高,外壳结霜减少。额定流量的提高,使得出口压力的压降减小,改善了汇流排的使用性能。

215 阀芯有效面积

气体流过气动原件时,由于原件内部流道结构复杂,流动压力损失较大,影响了流通能力。为了加大流量,在原有结构允许的情况下,把低压级阀芯直径由7mm扩大到10mm,使YQJ11减压阀流量提高了113%,把高压级阀芯直径由6mm扩大到10mm,流量提高了112%。

3 结语

通过理论的研究和大量的试验,对减压阀以及系统的弹簧、膜片和流通面积进行了多方面的改进,使汇流排流量不足的故障得到了有效的解决。

参

考

文

献

112 陆培文.实用阀门设计手册1M2.北京:机械工业出版社,

2002.

122 路甬祥.液压气动技术手册1M2.北京:机械工业出版社,

2002.

132 徐炳辉.气动手册1M2.上海:上海科学技术出版社,

2005.

(收稿日期:2007103119)