调压器工作原理

调压器工作原理
燃气调压器是液化石油气安全燃烧的一个重要部件，连通在钢瓶和炉具之间．调压器不仅能把瓶内的高压石油气变为低压石油气（从980千Pa 降至100千Pa左右），还能把低压气，稳定在适合炉具安全燃烧的压强范围内．即做到经它输出的石油气，在炉具火孔处的气压，随地随时地比外界大气压值大2940Pa左右，因此实际上调压器是一种自动稳压装置．人们习惯地把它称为减压器，是只注意到了它降压的功能，而忽视了它稳压的本领．调压器整个设计之巧妙精细，正是表现在它的稳压本领方面，本文拟在这方面作详尽的说明．下图是调压器的结构图，它主要由手轮、进气管、上阀盖、下阀盖、橡皮膜、进气喷嘴、阀垫、一个小杠杆、出气管等零部件组成．调压器中间是一块圆形的橡皮膜，它把调压器分为上下两个气室．上气室内有一弹簧，上端连着调节螺盖，下端连着橡皮膜．在上阀盖边沿处有一个直径为0.8毫m的小孔，使上气室与外界相通，此孔形象地称为呼吸孔．下气室中有一个精黄铜制成的杠杆，总长为5cm左右，转动性能非常灵敏．杠杆右端与橡皮膜中心连接在一起，左端粘着阀垫，紧扣在进气喷嘴上，对喷出的高压石油气产生阻尼作用．此杠杆左右两端离支点距离为左短右长，是不等臂杠杆．其表现特点为：对杠杆右端作用力的微小变化，势必使杠杆左端的作用力产生一个较大的变化．在原理上讲，实现了对力的放大；在效果上讲，增加了对高压气的阻尼作用．燃气调压器工作原理图
为了更清楚地阐明调压器的工作原理，有必要弄清楚这个问题：气体安全燃烧应具备什么条件？固体燃料要安全燃烧，要具备两个条件：一是适量的助燃气体
调压器工作原理
（空气或氧气），二是燃烧物质保持一定的温度（通常高于着火点）．固体燃烧时，已燃部分对未燃部分的传热方式是传导和辐射，燃烧方向是由外向其中心发展．固体燃烧时发生热膨胀，体积变大，但变化不大，其位移几乎为零．气体燃烧时，已燃部分对未燃部分的传热方式，除了传导和辐射外，增加了对流方式，燃烧方向是由中心向外发展．气体燃烧时发生剧烈热膨胀，其生成物的体积为燃烧前体积数百千倍，并以较快速度发生位移①．因此仅满足上述的两个条件，是无法使气体安全燃烧的．现代燃烧理论告诉我们，气体安全燃烧还必须具备第三个条件，即维护一定大小
的气压差，使燃气的出气速度等于燃烧速度．只有这样，在一定范围内达到动态平衡，火焰就能维持稳定状态，从而实现气体的安全燃烧．若出气压强过大，就会使出气速度大于燃烧速度，造成火焰离开火孔一定距离燃烧，此现象术语叫做离焰．若燃气压强继续上升，火焰将离火孔更远处燃烧，火焰的稳定性②遭到进一步破坏，火焰飘忽不定，直至最后完全熄灭，这种现象叫做脱火．脱火时，燃气会继续外泄，在空气中形成大量的有毒气体或爆炸性气体，极易引发事故；若燃气压强过小，会使燃烧速度大于出气速度，造成火焰会进入火孔继续燃烧，这现象叫做回火．回火时，形成缺氧状态的不完全燃烧，产生大量有毒气体，还会向外溢出石油气，也极易引发事故．经工程技术人员大量实验，不仅证实了气体安全燃烧要维持一定气压差，而且还证实了不同成份的气体，安全燃烧所需要的气压差并不相同．例如：人工煤气，80—100mm水柱；液化石油气，250—350mm
水柱．前文提到的2940Pa正是这两个数值的平均值．让我们回到调压器原理上来．当我们打开钢瓶上的角阀（即通气开关）时，高压石油气通过进气管冲开阀垫进入下气室，随着下气室气体的增多，下气室压强就会升高，逼使橡皮膜向上凸起．上气室体积逐步变小，当上气室压强大于大气压时，室内空气从呼吸孔缓慢排出，完成了调压器一次呼气过程．在这一过程中，杠杆右端上移，左端则下压，使进气喷嘴逐步关闭，停止供气，使下气室压强不再上升．当打开燃气炉开关后，由于燃气向外输出，下气室压强变小，橡皮膜下凹，带动杠杆右端下移左端上动，阀垫开启，高压石油气进入下气室．在这一过程中，上气室体积逐渐变大，当它的压强小于外界大气压时，空气从外经呼吸孔进入上气室，完成了调压器一次吸气过程．因此，在炉具燃烧过程中，橡皮膜不停地上凸下凹，阀垫由杠杆带动，也随着不断关闭开启．在整个动态变化中，我们只要保证调压器中的杠杆，它左、右两力臂（注意左短右长的特点）之长，有一个合理的比例，加上橡皮膜与弹簧对杠杆右端，施加一个大小适当的合力，就能让阀垫开启时间远小于关闭时间，并让这两段时间有一个恰当的比值．这个恰当比值，就保证了下气室的气压，始终比上气室大2940Pa左右．对于上气室气压来讲，可近似地认为就是当时外界的大气压值③．这样就使燃气离开火孔处的压强，永远比大气压值大2940Pa左右，燃气在稳定状态下燃烧．这是调压器设计上的第一个精妙之处．第二个精妙之处，表现在呼吸孔的设计上，是那样独具匠心．一是呼吸孔为什么开钻在上阀盖的边沿上？而不是开钻在易于钻孔的其它位置？二是呼吸孔直径为0.8毫m，仅能穿过最小号的锈花针，孔径为什么如此之小？小孔开钻在阀盖的边沿上，是为了让它紧靠橡皮膜．如果下气室气压过大，橡皮膜就向上凸起，立刻堵住呼吸孔，防止了上气室中的空气由呼吸孔向外排出．根据玻意耳特定律可知，被密闭在上气室内一定质量的空气，在体积变小的过程中，其压强不断变大．即是pV=常量．防止了橡皮膜因上下气压悬殊过大而破损，避免了因膜
片破损造成石油气外泄事故的发生．呼吸孔直径为0.8毫m，但孔深却在1cm左右，这儿充分应用了流体力学知识．流体在运动时，由于阻滞作用会存在内摩擦力．孔洞面积越小，深度越大，内摩擦力就越大，阻尼效果就明显——每秒流量变小．这样，上气室在呼气和吸气时，有一个较长的时间过程，从而保证了在动态变化中，在石油气增减压强时，不是迅猛增加，也不是迅猛减少，就能让火焰稳定燃烧，体现了动态平衡的调节过程．
编辑本段直接作用式调压器
由测量元件（薄膜）、传动部件（阀杆）和调节机构（阀门）组成（图1）。

当出口后的用气量增加或进口压力降低时，出口压力就下降，这时由导压管反映的压力使作用
燃气调压器
在薄膜下侧的力小于膜上重块（或弹簧）的力，薄膜下降，阀瓣也随着阀杆下移，使阀门开大，燃气流量增加，出口压力恢复到原来给定的数值。

反之，当出口后的用气量减少或进口压力升高时，阀门关小，流量降低，仍使出口压力得到恢复。

出口压力值可用调节重块的重量或弹簧力来给定。

小型液化石油气减压阀和用户调压器都是直接作用式的。

编辑本段间接作用式调压器
工作原理见图2。

它由主调压器、指挥器和排气阀组成。

当出口压力
p2低于给定值时，指挥器的薄膜就下降，使指挥器阀门开启，经节流后压力为p3的燃气补充到主调压器的膜下空间。

由于p3大于p2,使主调压器阀门开大,流量增加，p2恢复到给定值。

反之,当p2超过给定值时,指挥器薄膜上升，使阀门关闭。

同时，由于作用在排气阀薄膜下侧的力使排气阀开启，一部分压力为p3的燃气排入大气，使主调压器薄膜下侧的力减小，又由于p2偏大，故使主调压器的阀门关小，p2也即恢复到给定值。

燃气储配站、区域调压站和大型用户专用调压站，基本上都采用间接作用式调压器。

燃气调压器
我国使用液化石油气的热水器和煤气灶安全使用的燃气压力均为2800Pa，瓶装液化石油气钢瓶内煤气压力一般有4kg，通过钢瓶前的减压阀将煤气压力降到0.028kg（即2800Pa）后供热水器或煤气灶使用。