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燃气调压器工作原理

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移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。
 
工作原理
 
       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。
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