燃氣調壓器薄膜結構對調節特性的影響

 

    薄膜在的出口壓力。燃氣調壓器主體中的薄膜結構根據薄膜的數量可分為單薄膜結構和雙薄膜結構兩種；1單薄膜結構壓力特性單薄膜燃氣調壓器的結構一般如圖1所示，圖中P0為薄膜上方腔體內空氣壓力，單位為Pa，取大氣壓。

 

    閥桿受力平衡關系式為：p1A1+G+Ks=p2A1+p21A2(1)式中：p1——調壓器入口燃氣壓力，Pa；圖1單薄膜結構A1——閥瓣受力面積，簡化取閥口面積，m2；G——活動組件總重量，N；K——彈簧剛度，N／mm；s——彈簧壓縮量，mm；p2——調壓器出口燃氣壓力，Pa；P21——薄膜下方腔體內燃氣壓力，Pa；取p21與p2相等；A2——主薄膜有效面積[1]，m2。當p1波動Δp1時，假定閥桿在不移動的條件下能保持平衡[2]，引起p2的波動Δp2應滿足下式：(p1+Δp1)A1+G+Ks=(p2+Δp2)(A1+A2)(2)式(2)與式(1)兩邊相減得：Δp1A1=Δp2(A1+A2)即雖然薄膜有效面積A2遠遠大于閥口面積A1，上式中Δp2/Δp1為一較小的數，但由于燃氣入口壓力p1通常遠遠高于燃氣出口壓力p2，所以人口壓力波動對出口壓力的影響仍會很大。

 

    這是因為單薄膜結構對于入口壓力波動的影響沒有消除，是通過入口壓力波動引起的出門壓力變化再進行調節，降低了調節的效率和精度。2雙薄膜結構壓力特性為減小入口壓力波動對出口壓力的影響，可采用雙薄膜的結構，即在燃氣人口增加一個平衡薄膜，結構如圖2所示。

 

    圖2雙薄膜結構此時閥桿的受力平衡關系式變為：p1A1+p21A3+G+Ks=p2A1+p21A2+p1A3同樣取p21=p2，整理得：p1(A1-A3)+G+Ks=p2(A1+A2-A3)(3)式中：A3——平衡薄膜的有效面積，m2。此時，若p1波動Δp1，仍設在閥桿不移動時引起p2波動Δp2，則有：(p1+Δp1)(A1-A3)+G+Ks=(p2+Δp2)(A1+A2-A3)(4)　　式(4)與式(3)兩邊相減得：Δp1(A1-A3)=Δp2(A1+A2-A3)　　整理得：對于雙薄膜結構，由上式可以得出這樣的結論：平衡薄膜的有效面積與閥口面積相差越小、主薄膜的有效面積越大，在入口燃氣壓力波動出現后，出口壓力的波動越小。以上分析是在閥桿平衡不被打破的條件下進行的，

 

    實際上當p1，p2波動時，閥桿的受力平衡將被打破，在燃氣壓力和彈簧彈力的綜合作用下，閥桿將移動，彈簧壓縮量s將發生變化，進一步影響p2，直至在新的條件下重新建立平衡。3單薄膜結構和雙薄膜結構流量特性雖然雙薄膜結構對于降低入口壓力波動對出口壓力的影響很有效，但由于平衡薄膜抵消了一部分出口壓力作用于主薄膜上的力，所以這種結構對于調節用戶流量改變引起出口壓力變化的能力有所下降。

 

    例如當入口壓力p1不變，輸出流量q1增加Δqv時，使出口壓力p2下降Δp2，彈簧壓縮量s減少Δs。對于單薄膜結構，閥桿受力平衡關系式由式(1)變為：p1A1+G+K(s-Δs)=(p2-Δp2)(A1+A2)(5)式(5)與式(1)兩邊相減得：為簡化計算，假定閥瓣位移量與流量變化成線性關系，即：Δs=ηΔqv(6)式中：η——系數。

 

    則：對于雙薄膜結構，閥瓣的受力平衡關系式由式(3)變為：p1(A1-A3)+G+K(s-Δs)=(p1-Δp2)(A1+A2-A3)(8)　　式(8)與式(3)兩邊相減得：同理，將式(6)代入上式得：由式(7)與式(9)可看出：雙薄膜結構因用戶流量改變引起出口壓力的變化增加，使雙薄膜結構的調節能力有所下降，但下降程度不大。

 

    對于雙薄膜結構可得出結論：主薄膜的有效面積越大，彈簧的剛度越小，在用戶流量改變時，出口壓力的波動越小。4結論雙薄膜結構具有更好的壓力調節特性，但流量調節特性略有削弱。通過減小平衡薄膜的有效面積與閥口面積的差，加大主薄膜的有效面積，減小彈簧的剛度，可以獲得優良的調節效果。當然，燃氣調壓器主薄膜的有效面積要受到安裝尺寸的限制，不能過大；彈簧的剛度不能過小，否則不能在有效的壓縮范圍內穩定地工作。