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燃氣調壓器工作原理

發布時間:2015-11-20

  為了更清楚地闡明調壓器的工作原理,有必要弄清楚這個問題:氣體安全燃燒應具備什么條件?  固體燃料要安全燃燒,要具備兩個條件:一是適量的助燃氣體

  (空氣或氧氣),二是燃燒物質保持一定的溫度(通常高于著火點)。固體燃燒時,已燃部分對未燃部分的傳熱方式是傳導和輻射,燃燒方向是由外向其中心發展。固體燃燒時發生熱膨脹,體積變大,但變化不大,其位移幾乎為零。氣體燃燒時,已燃部分對未燃部分的傳熱方式,除了傳導和輻射外,增加了對流方式,燃燒方向是由中心向外發展。氣體燃燒時發生劇烈熱膨脹,其生成物的體積為燃燒前體積數百千倍,并以較快速度發生位移①。因此僅滿足上述的兩個條件,是無法使氣體安全燃燒的。  現代燃燒理論告訴我們,氣體安全燃燒還必須具備第三個條件,即維護一定大小的氣壓差,使燃氣的出氣速度等于燃燒速度。只有這樣,在一定范圍內達到動態平衡,火焰就能維持穩定狀態,從而實現氣體的安全燃燒。若出氣壓強過大,就會使出氣速度大于燃燒速度,造成火焰離開火孔一定距離燃燒,此現象術語叫做離焰。若燃氣壓強繼續上升,火焰將離火孔更遠處燃燒,火焰的穩定性②遭到進一步破壞,火焰飄忽不定,直至最后完全熄滅,這種現象叫做脫火。脫火時,燃氣會繼續外泄,在空氣中形成大量的有毒氣體或爆炸性氣體,極易引發事故;若燃氣壓強過小,會使燃燒速度大于出氣速度,造成火焰會進入火孔繼續燃燒,這現象叫做回火。回火時,形成缺氧狀態的不完全燃燒,產生大量有毒氣體,還會向外溢出石油氣,也極易引發事故。  經工程技術人員大量實驗,不僅證實了氣體安全燃燒要維持一定氣壓差,而且還證實了不同成份的氣體,安全燃燒所需要的氣壓差并不相同。例如:人工煤氣,80—100mm水柱;液化石油氣,250—350mm水柱。前文提到的2940Pa正是這兩個數值的平均值。  讓我們回到調壓器原理上來。當我們打開鋼瓶上的角閥(即通氣開關)時,高壓石油氣通過進氣管沖開閥墊進入下氣室,隨著下氣室氣體的增多,下氣室壓強就會升高,逼使橡皮膜向上凸起。上氣室體積逐步變小,當上氣室壓強大于大氣壓時,室內空氣從呼吸孔緩慢排出,完成了調壓器一次呼氣過程。在這一過程中,杠桿右端上移,左端則下壓,使進氣噴嘴逐步關閉,停止供氣,使下氣室壓強不再上升。  當打開燃氣爐開關后,由于燃氣向外輸出,下氣室壓強變小,橡皮膜下凹,帶動杠桿右端下移左端上動,閥墊開啟,高壓石油氣進入下氣室。在這一過程中,上氣室體積逐漸變大,當它的壓強小于外界大氣壓時,空氣從外經呼吸孔進入上氣室,完成了調壓器一次吸氣過程。  因此,在爐具燃燒過程中,橡皮膜不停地上凸下凹,閥墊由杠桿帶動,也隨著不斷關閉開啟。在整個動態變化中,我們只要保證調壓器中的杠桿,它左、右兩力臂(注意左短右長的特點)之長,有一個合理的比例,加上橡皮膜與彈簧對杠桿右端,施加一個大小適當的合力,就能讓閥墊開啟時間遠小于關閉時間,并讓這兩段時間有一個恰當的比值。這個恰當比值,就保證了下氣室的氣壓,始終比上氣室大2940Pa左右。對于上氣室氣壓來講,可近似地認為就是當時外界的大氣壓值③。這樣就使燃氣離開火孔處的壓強,永遠比大氣壓值大2940Pa左右,燃氣在穩定狀態下燃燒。這是調壓器設計上的第一個精妙之處。  第二個精妙之處,表現在呼吸孔的設計上,是那樣獨具匠心。一是呼吸孔為什么開鉆在上閥蓋的邊沿上?而不是開鉆在易于鉆孔的其它位置?二是呼吸孔直徑為0.8毫m,僅能穿過最小號的銹花針,孔徑為什么如此之小?  小孔開鉆在閥蓋的邊沿上,是為了讓它緊靠橡皮膜。如果下氣室氣壓過大,橡皮膜就向上凸起,立刻堵住呼吸孔,防止了上氣室中的空氣由呼吸孔向外排出。根據玻意耳特定律可知,被密閉在上氣室內一定質量的空氣,在體積變小的過程中,其壓強不斷變大。即是pV=常量。防止了橡皮膜因上下氣壓懸殊過大而破損,避免了因膜片破損造成石油氣外泄事故的發生。  呼吸孔直徑為0.8毫m,但孔深卻在1cm左右,這兒充分應用了流體力學知識。流體在運動時,由于阻滯作用會存在內摩擦力。孔洞面積越小,深度越大,內摩擦力就越大,阻尼效果就明顯——每秒流量變小。這樣,上氣室在呼氣和吸氣時,有一個較長的時間過程,從而保證了在動態變化中,在石油氣增減壓強時,不是迅猛增加,也不是迅猛減少,就能讓火焰穩定燃燒,體現了動態平衡的調節過程。

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