一種燃氣比例閥的改進研究

【摘 要】本文介紹了燃氣比例閥的應(yīng)用背景，分析了目前燃氣比例閥應(yīng)用在燃氣控制領(lǐng)域存在的缺陷與不足之處，提出了一種利用新材料作為密封元件的新型比例閥結(jié)構(gòu)，介紹了這種燃氣比例閥的組成結(jié)構(gòu)與工作原理，并利用泄漏試驗，測試了比例閥的密封性能。本文提出的燃氣比例閥具有科學簡單的結(jié)構(gòu)，良好的密封性能以及較長的使用壽命，在燃氣控制領(lǐng)域有十分廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】燃氣控制；比例調(diào)節(jié)；密封性能

Improvement Study of A Gas Proportional Valve

LI Jian-dong1 ZHANG Yi-yi2 REN Jian-gang1 QIAN Mao-rong1 YANG Li-feng1

（1.Shaoxing Xin-Yi Flow Drive Machine CO.， LTD Zhejiang Shangyu 312300；

2.Shaoxing Xin-Ao Drive Machine CO.， LTD Zhejiang Shangyu 312300）

【Abstract】The applied condition of the gas proportional valve is introduced， and the problems of gas proportional valve applied in the gas control area are also analyzed in this paper. A new type of proportional valve，which uses a new material as the seal component is proposed，and the structure and working principle of the proportional valve are also introduced in this paper. The leakage experiments are taken to test the seal capacity of the valve. The gas proportional valve has a simple structure， the favorable seal capacity and superior service life， and can be widely used in the gas control area.

【Key words】Gas Control；Proportional Regulator；Seal Capacity

0.前言

我國已進入燃氣普及應(yīng)用的大發(fā)展時期，各種燃氣設(shè)備的制造使用也進入一個高峰期。燃氣設(shè)備的性能及安全性，與其所使用的燃氣閥門特性有著密切的關(guān)系[1]。國內(nèi)外研究表明，全預(yù)混燃燒方法是提高燃氣燃燒設(shè)備熱效率、降低污染（同時降低煙氣中CO與NO 的含量）的最佳燃燒方法。全預(yù)混燃燒的關(guān)鍵技術(shù)之一是燃氣比例閥技術(shù)[2]。文獻[3-5]對燃氣比例閥的應(yīng)用情況與性能測試做了一定的研究。

燃氣比例閥可以實現(xiàn)燃氣、空氣的比例調(diào)節(jié)與控制，以獲得穩(wěn)定的燃氣、空氣比例，維持燃氣穩(wěn)定的燃燒工況、提高燃燒效率、減少污染排放。燃氣比例閥通常包括開關(guān)閥 （或稱截止閥）和比例調(diào)節(jié)閥，開關(guān)閥控制燃氣通斷，比例調(diào)節(jié)閥通過調(diào)節(jié)閥口開度控制燃氣和空氣的進氣量大小，開關(guān)閥通斷以及比例閥控制均采用電磁線圈控制或調(diào)節(jié)。

1.比例閥結(jié)構(gòu)設(shè)計

燃氣比例閥具有密封的要求，目前開關(guān)閥和比例調(diào)節(jié)閥相關(guān)結(jié)構(gòu)均選用丁腈橡膠作為密封墊或密封圈，許多燃氣比例閥生產(chǎn)企業(yè)比例調(diào)節(jié)閥閥口甚至直接用丁腈橡膠來制作，或在比例調(diào)節(jié)閥閥芯上增設(shè)丁腈橡膠密封圈。但由于比例調(diào)節(jié)閥通常動作頻繁，丁腈橡膠材質(zhì)的比例調(diào)節(jié)閥閥口或閥芯上的密封件耐用度較差，因此常常影響燃氣比例閥的精度和使用壽命。

針對上述比例閥在燃氣控制系統(tǒng)中應(yīng)用存在的問題，本文設(shè)計了一種新型的燃氣比例閥結(jié)構(gòu)，如圖1（a）、（b）、（c）、（d）所示。

燃氣比例閥由開關(guān)閥和比例調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，開關(guān)閥體和比例調(diào)節(jié)閥體為一體結(jié)構(gòu)，如圖（a）所示。閥體底部設(shè)進氣口，閥體側(cè)壁設(shè)出氣口，閥體內(nèi)部設(shè)貫通開關(guān)閥與比例調(diào)節(jié)閥的氣腔，開關(guān)閥由開關(guān)閥線圈、開關(guān)閥蓋板、動鐵芯、開關(guān)閥密封墊、開關(guān)閥閥口組成。比例調(diào)節(jié)閥包括比例調(diào)節(jié)閥線圈、比例調(diào)節(jié)閥頂蓋板、磁鐵、皮膜組件、比例調(diào)節(jié)閥閥口、比例調(diào)節(jié)閥閥芯、比例彈簧、比例調(diào)節(jié)閥密封墊、比例調(diào)節(jié)閥底蓋板。比例調(diào)節(jié)閥閥芯設(shè)碟形底端部，閥芯中心設(shè)沉頭孔，沉頭孔在閥芯碟形底端部設(shè)突出部，突出部恰好配合裝配比例彈簧，比例調(diào)節(jié)閥閥芯頂端設(shè)螺紋孔，裝配皮膜組件，比例調(diào)節(jié)閥閥口配合閥體和閥芯設(shè)頸部和喉部，頸部裝配在閥體上，喉部與閥芯碟形端部配合。為克服丁腈及其他橡膠制品密封效果的限制性，本文設(shè)計的比例調(diào)節(jié)閥大膽創(chuàng)新，閥芯和閥口均采用硬鋁材質(zhì)，經(jīng)過特殊工藝處理后閥芯和閥口表面包覆硬質(zhì)氧化膜，以提高耐磨與密封性能。

硬鋁閥口頸部緊配閥體，硬鋁閥口喉部配合閥芯碟形底端部，閥口和閥芯表面經(jīng)硬質(zhì)氧化處理，表面包覆硬質(zhì)氣化膜，閥芯與閥口的硬密封結(jié)構(gòu)雖達不到橡膠的絕對密封效果，在與閥體其它橡膠密封件配合使用的前提下，整個比例閥可完全滿足不泄露燃氣的目的，在下文的試驗中進行驗證。更重要的是這種硬密封結(jié)構(gòu)的比例閥使用壽命大大延長，在較小的進氣量控制時，其密封效果與橡膠密封效果相當。閥芯中心的沉頭孔設(shè)計可減輕芯重量，閥芯碟形底端部中的沉頭孔突出使比例彈簧定位方便，這兩種設(shè)計無疑增強了比例閥動作的靈活及準確性，同時有利于延長比例閥使用壽命。

（a）比例閥立體結(jié)構(gòu)示意圖 （b）B向剖視示意圖

（C）A向剖視示意圖 （d）閥芯局部放大示意圖

10-開關(guān)閥，11-開關(guān)閥線圈，12-動鐵芯，13-開關(guān)閥蓋板，14-開關(guān)閥密封墊，15-開關(guān)閥閥口，16-進氣口，20-比例調(diào)節(jié)閥，21-比例調(diào)節(jié)閥線圈，22-氣腔，30-比例調(diào)節(jié)閥頂蓋板，31-透氣孔，32-磁鐵，33-皮膜組件，40-閥體，41-出氣口，50-閥口，51-頸部，52-喉部，60-閥芯，61-螺紋孔，62-碟形底端部，63-沉頭孔，64-突出部，70-比例彈簧，80-比例調(diào)節(jié)閥密封墊，90-比例調(diào)節(jié)閥底蓋板

圖1 燃氣比例閥結(jié)構(gòu)示意圖

2.比例閥實驗研究

燃氣比例閥在工作時，燃氣先經(jīng)進氣口進入開關(guān)閥，再經(jīng)由開關(guān)閥閥口進入氣腔，開關(guān)閥比例調(diào)節(jié)閥頂蓋板設(shè)透氣孔，燃氣與空氣在比例調(diào)節(jié)閥中混合，燃氣與空氣混合氣體通過比例調(diào)節(jié)閥閥口經(jīng)出氣口送至燃具，比例調(diào)節(jié)閥閥芯配合比例調(diào)節(jié)閥線圈控制燃氣與空氣進氣量。比例閥密封性能的好壞直接影響閥的工作精度以及使用壽命，因此有必要對比例閥的密封性能進行研究。

本文設(shè)計的燃氣比例閥使用硬鋁材料來制造閥口與閥芯，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的丁腈橡膠為材料的密封模式?，F(xiàn)采用長野福田（天津）儀器儀表有限公司生產(chǎn)的FL-295C氣密檢漏儀，使用氣體測漏的方法對比例閥的內(nèi)漏性能進行測試。隨機選取4個比例閥，分別使用0.05MPa，0.35MPa，0.55MPa壓力的氣體進行試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

表1 比例閥內(nèi)漏性能測試結(jié)果

由表1所示的試驗結(jié)果可知，在低壓狀況下（0.05MPa、0.35MPa），比例閥的內(nèi)泄漏量均不超過0.2cc/min， 這與使用丁腈橡膠作為密封材料相比，已經(jīng)非常接近或等同于其密封效果。在0.55MPa高壓下，泄漏量略有升高，最高達到0.6cc/min，這一數(shù)據(jù)仍滿足標準規(guī)定的2cc/min的泄漏量。因此，此燃氣比例閥采用硬質(zhì)鋁作為閥口密封材料，完全能滿足閥的密封性能要求。

3.結(jié)論

本文提出的燃氣比例閥結(jié)構(gòu)簡單科學，閥芯及閥口采用硬鋁材料，加工方便、成本節(jié)約。試驗結(jié)果表明其能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的丁腈等橡膠作為密封材料，并能顯著提高閥的使用壽命，保證了比例閥動作的靈敏性以及精確性，，這在燃氣控制系統(tǒng)中將有十分巨大的應(yīng)用前景。

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