燃?xì)庹{(diào)壓器中滾動(dòng)膜片的應(yīng)用與設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

曾 旭

（廣漢市城市燃?xì)庥邢薰荆拇?廣漢 618300）

燃?xì)庹{(diào)壓器中滾動(dòng)膜片的應(yīng)用與設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

曾 旭

（廣漢市城市燃?xì)庥邢薰荆拇?廣漢 618300）

滾動(dòng)膜片是由橡膠材料制成，具有固定密封的功能，在燃?xì)庹{(diào)壓器中十分常見(jiàn)，為了盡量提升滾動(dòng)膜片的密封性能，必須要對(duì)滾動(dòng)膜片的設(shè)計(jì)制造相關(guān)的問(wèn)題有充分的認(rèn)識(shí)。本文結(jié)合D50直接作用式燃?xì)庹{(diào)壓器就滾動(dòng)膜片的設(shè)計(jì)應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析總結(jié)。

燃?xì)馄鳎粷L動(dòng)膜片；設(shè)計(jì)應(yīng)用

滾動(dòng)膜片是一種比較常見(jiàn)的橡膠膜片，中低壓調(diào)壓器使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)閥瓣不平衡的問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題改善調(diào)壓器的性能，往往會(huì)安裝滾動(dòng)膜片，提升調(diào)壓器進(jìn)口及出口壓差，本文簡(jiǎn)要的介紹滾動(dòng)膜片的外形、特點(diǎn)、安裝方法，重點(diǎn)介紹燃?xì)馄髦袧L動(dòng)膜片的應(yīng)用及設(shè)計(jì)過(guò)程，為有關(guān)人員的設(shè)計(jì)應(yīng)用工作提供參考。

1 滾動(dòng)膜片概述

滾動(dòng)膜片主要是由橡膠材料制成的，自由狀態(tài)下是一個(gè)禮帽的形狀。橡膠膜片頂部中間有一個(gè)孔主要用于安裝閥桿。實(shí)際的使用過(guò)程中，為了更好的固定及密封，滾動(dòng)膜片的頂部及底部可以帶一個(gè)O型的環(huán)邊。

與波紋膜片、碟形膜片相比，滾動(dòng)膜片的運(yùn)動(dòng)形成比較長(zhǎng)，是它們的3～7倍，在直徑、材質(zhì)、厚度相同的情況下，滾動(dòng)膜片的承壓能力最好。滾動(dòng)膜片運(yùn)動(dòng)行程之內(nèi)，膜片的受壓面積始終不變，閥瓣及閥桿獲得的推拉力是穩(wěn)定的；膜片在托盤(pán)外表面積套筒內(nèi)壁的運(yùn)動(dòng)形式為滾動(dòng)，因此摩擦阻力非常的小；滾動(dòng)膜片使用過(guò)程中對(duì)介質(zhì)的要求比較低，介質(zhì)中存在雜質(zhì)、微粒或者煤氣焦油都不會(huì)影響到滾動(dòng)膜片的功能；與活塞裝置相比，滾動(dòng)膜片對(duì)托盤(pán)外表面、套筒內(nèi)壁的表面粗糙度、加工精度等要求較低；使用過(guò)程中如果閥桿或者托盤(pán)出現(xiàn)偏心或微小的偏移，膜片會(huì)自動(dòng)找中對(duì)正；與活塞裝置相比，滾動(dòng)膜片能夠承受的壓差比較小，只允許單向受力。

滾動(dòng)膜片安裝過(guò)程中需要一些配套的裝置，比如托盤(pán)，安裝后在氣體壓力作用下套筒內(nèi)壁與托盤(pán)之間變成一個(gè)圓弧，托盤(pán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，該圓弧沿著托盤(pán)的外壁及套筒的內(nèi)壁做無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，滾動(dòng)膜片主要有正向安裝和反向安裝兩種安裝方式。壓力相對(duì)較高時(shí)大多采用正向安裝的方法，安裝過(guò)程中，滾動(dòng)膜片的大開(kāi)口部位向內(nèi)翻折。壓力相對(duì)較低時(shí)可以采用反向安裝的方法，安裝時(shí)滾動(dòng)膜片的頂部圓弧角向內(nèi)翻折。滾動(dòng)膜片安裝時(shí)要注意最大行程問(wèn)題，它表示了托盤(pán)位移的最大距離，與調(diào)壓器的閥桿及閥桿的運(yùn)動(dòng)行程是對(duì)應(yīng)的。設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要保證調(diào)壓器的閥桿及閥桿的運(yùn)動(dòng)行程略小于滾動(dòng)膜片的最大行程。

2 滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)計(jì)算方法

（1）滾動(dòng)膜片受力及有效面積。滾動(dòng)膜片的受力面積主要由兩部分組成，直徑為d’的被膜片包裹的托盤(pán)的圓面積及D’和d’之間的環(huán)形的面積，托盤(pán)圓面積部分的受力為F1，環(huán)形部分的受力為F2，閥桿的推拉力為F，三者之間的關(guān)系為F=F1+F2，膜片厚度δ，托盤(pán)直徑為d，套筒直徑為D，D’=D-2δ，d’=d+-2δ。則P指的是作用在膜片受壓面氣體的壓力，滾動(dòng)膜片兩面均有壓力時(shí)，P表示的是兩面的壓差。環(huán)形部分受到氣體的壓力時(shí)會(huì)將這部分壓力傳遞到托盤(pán)的邊緣部分，推拉力F2最終傳遞到閥桿之上，環(huán)形部分受到的氣體壓力屬于均布載荷，即為p，為了簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，使用集中力P代滾動(dòng)膜片的受力面面積應(yīng)該是有效面積的總和，記為當(dāng)量面積A，

（2）滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)。滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮d'與D'尺寸，托盤(pán)高度Ht，膜片高度H及膜片厚度幾個(gè)參數(shù)。X代表的是滾動(dòng)寬度，滾動(dòng)寬度較大時(shí)，膜片產(chǎn)生的推拉力較小，承壓能力也會(huì)降低。但滾動(dòng)寬度也不能太小，因?yàn)闈L動(dòng)膜片實(shí)際設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，沿著托盤(pán)外表面及套筒內(nèi)壁部分膜片上會(huì)有許多的褶皺，褶皺占用的空間大小會(huì)隨著膜片厚度的增加而增加，如果滾動(dòng)寬度較小，兩層膜片的褶皺會(huì)相互摩擦影響膜片的正常滾動(dòng)，因此需要合理的設(shè)計(jì)滾動(dòng)寬度。一般來(lái)說(shuō)，d’、D’、X設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足以下條件：（1）d’/ D’=0.8～0.9，（2）X=（8～12）δ。其中第一個(gè)條件主要用于計(jì)算，第二個(gè)條件則用于設(shè)計(jì)校核。托盤(pán)的及膜片高度可以用以下方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：Ht=L/2+R+c，H=L/2+3X+Rm+c，其中，L指的是閥瓣的行程，R指的是托盤(pán)的圓角半徑，Rm指的是膜片的內(nèi)圓角半徑，c指的是富裕量。滾動(dòng)膜片正向安裝時(shí)，膜片底部直線段應(yīng)該與托盤(pán)底部直線段（dm）相等，托盤(pán)的外輪廓要與膜片的內(nèi)圓角相包容，因此R=Rm。滾動(dòng)膜片反向安裝時(shí)，膜片底部直線段同樣要與托盤(pán)底部直線段（dm）相等，托盤(pán)圓角半徑與膜片厚度之和要略小于膜片內(nèi)弧圓角半徑，即R+δ≤Rm。考慮到調(diào)壓器的相關(guān)零件可能會(huì)存在較小的加工誤差，導(dǎo)致滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)位置與實(shí)際情況存在偏差，加上橡膠件硫化后會(huì)出現(xiàn)收縮的情況，因此，結(jié)合滾動(dòng)膜片的大小，富裕量一般為2～8mm之間。膜片的內(nèi)部夾有絲布，它是整個(gè)膜片的骨架，同時(shí)也能夠增加膜片的強(qiáng)度。考慮到膜片的氣密性問(wèn)題，滾動(dòng)膜片一般為橡膠材料制成，但橡膠的厚度會(huì)影響到膜片滾動(dòng)的靈活度及氣密性，因此實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中要結(jié)合調(diào)壓器的前壓合理的設(shè)計(jì)橡膠膜片的厚度。比如，調(diào)壓器前壓小于0.8MPa時(shí)，根據(jù)膜片的形狀大小，橡膠膜片的厚度可以設(shè)計(jì)在0.5～1.0mm之間。

3 實(shí)例分析

燃?xì)庹{(diào)壓器中滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)主要分兩步，第一步計(jì)算理論尺寸，第二步實(shí)踐校驗(yàn)、調(diào)整。下文以一個(gè)D50直接作用式燃?xì)庹{(diào)壓器為例，分析滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)的過(guò)程。該直接作用式燃?xì)庹{(diào)壓器閥座及閥瓣處于作答開(kāi)度狀態(tài)，滾動(dòng)膜片采用反向安裝的方式安裝在對(duì)應(yīng)的最低位置，閥桿的直徑為16mm，閥座的直徑為45mm，閥瓣的最大開(kāi)度即行程為12mm。

（1）尺寸設(shè)計(jì)。首先需要根據(jù)上文所述的計(jì)算方法計(jì)算出滾動(dòng)膜片的有效面積A’、確定套筒直徑D、托盤(pán)直徑d、D’、d’、滾動(dòng)寬度X、托盤(pán)高度、富裕量、膜片內(nèi)圓角半徑、托盤(pán)圓角半徑、托盤(pán)底部直線段大小、滾動(dòng)膜片高度等相關(guān)參數(shù)。計(jì)算過(guò)程中膜片厚度取為0.5mm，設(shè)定d’=0.85D’，最終得出滾動(dòng)膜片有效面積為1388.665mm2，D’為45.3mm，d’為38mm，套筒內(nèi)孔徑D為46mm，托盤(pán)直徑d為37mm，滾動(dòng)寬度X為4.5mm，X校核之后確實(shí)在（8～12）δ之間，托盤(pán)的高度為14mm，托盤(pán)圓角半徑取為2mm，富裕量取2mm，滾動(dòng)膜片的內(nèi)圓角為2.5mm，托盤(pán)底部直線段長(zhǎng)度dm為33mm，滾動(dòng)膜片高度H為24mm。

（2）校驗(yàn)與調(diào)整。滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)、制造的時(shí)候難免會(huì)出現(xiàn)一些誤差，因此設(shè)計(jì)完成之后需要進(jìn)行實(shí)踐校驗(yàn)及調(diào)整，校驗(yàn)的主要內(nèi)容包括滾動(dòng)膜片的耐壓性、氣密性及滾動(dòng)膜片是否能夠精確的抵消閥瓣不平衡力作用。校驗(yàn)的主要步驟如下所示：首先，將燃?xì)庹{(diào)壓器安裝在檢測(cè)系統(tǒng)管道上，前壓設(shè)定為調(diào)壓器允許的壓力下限，打開(kāi)燃?xì)庹{(diào)壓器出口管道上的一個(gè)小閥門(mén)，并將出口壓力調(diào)整為燃?xì)庹{(diào)壓器允許輸出的某一個(gè)參數(shù)；其次，在保證出口壓力不動(dòng)、調(diào)壓彈簧不能重新調(diào)節(jié)的條件下，逐漸提升燃?xì)庹{(diào)壓器前壓，直到達(dá)到允許的壓力上限為止，觀察出口壓力的變化情況下，在此過(guò)程中，出口壓力隨著前壓的變化上升而變化，則說(shuō)明滾動(dòng)膜片的有效面積設(shè)計(jì)不合理，如果出口壓力隨著前壓的上升而升高，說(shuō)明滾動(dòng)膜片的有效面積偏大，反之有效面積偏小，只有前壓變化、出口壓力不變時(shí)，才表明滾動(dòng)膜片的有效面積合理。有效面積設(shè)計(jì)不合理則需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。一般情況下，有效面積誤差比較小，如果通過(guò)修改模具來(lái)改變有效面積比較麻煩，因此，通常情況下都是通過(guò)調(diào)整托盤(pán)直徑及套筒內(nèi)徑的方法調(diào)整有效面積大小。經(jīng)過(guò)多次校驗(yàn)后，燃?xì)庹{(diào)壓器的出口壓力不再隨著進(jìn)口壓力的變化而改變，校驗(yàn)工作完成。

（3）滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)制造時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。除了上述步驟之外，燃?xì)庹{(diào)壓器滾動(dòng)膜片設(shè)計(jì)制造時(shí)還需要注意以下問(wèn)題：為了防止?jié)L動(dòng)膜片翻折時(shí)斷裂或者硫化時(shí)出現(xiàn)虧膠的問(wèn)題，膜片拐角應(yīng)為圓弧狀，為了防止套筒內(nèi)壁與端面交接處割裂滾動(dòng)膜片，這兩個(gè)部位同樣應(yīng)倒圓角；如果燃?xì)饨橘|(zhì)為煤氣，滾動(dòng)膜片的材料可以選擇氯醇橡膠，如果是LPG或者天然氣，可以選擇丁腈橡膠；滾動(dòng)膜片內(nèi)有彈性滌綸布夾層，觀察膜片的內(nèi)外表面，可以發(fā)現(xiàn)一面為光滑曲面另一面有網(wǎng)狀?yuàn)A布紋路，其中氣體受壓面為光滑面。為了盡可能提高滾動(dòng)膜片的耐壓強(qiáng)度，防止燃?xì)庑孤瑵L動(dòng)膜片正向安裝時(shí)，光滑面在內(nèi)表面，反向安裝時(shí)，光滑面在外表面。

4 結(jié)語(yǔ)

滾動(dòng)膜片是燃?xì)庹{(diào)壓器中重要的組成部分，本文主要就滾動(dòng)膜片的外形、特點(diǎn)、尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，結(jié)合實(shí)際案例分析了燃?xì)庹{(diào)壓器中滾動(dòng)膜片的設(shè)計(jì)校驗(yàn)制作方法。

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TU996.7

A

1671-0711（2017）04（下）-0180-02