燃气调压器的工作原理简述

燃气调压器(gas pressure regulator)俗称减压阀，是通过自动改变经调节阀的燃气流量而使出口燃气保持规定压力的设备，通常分为直接作用式和间接作用式两种。

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.

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(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

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.