曾 旭

（廣漢市城市燃氣有限公司，四川 廣漢 618300）

燃氣調(diào)壓器中滾動膜片的應用與設(shè)計簡述

曾 旭

（廣漢市城市燃氣有限公司，四川 廣漢 618300）

滾動膜片是由橡膠材料制成，具有固定密封的功能，在燃氣調(diào)壓器中十分常見，為了盡量提升滾動膜片的密封性能，必須要對滾動膜片的設(shè)計制造相關(guān)的問題有充分的認識。本文結(jié)合D50直接作用式燃氣調(diào)壓器就滾動膜片的設(shè)計應用問題進行簡單的分析總結(jié)。

燃氣器；滾動膜片；設(shè)計應用

滾動膜片是一種比較常見的橡膠膜片，中低壓調(diào)壓器使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)閥瓣不平衡的問題，為了解決這一問題改善調(diào)壓器的性能，往往會安裝滾動膜片，提升調(diào)壓器進口及出口壓差，本文簡要的介紹滾動膜片的外形、特點、安裝方法，重點介紹燃氣器中滾動膜片的應用及設(shè)計過程，為有關(guān)人員的設(shè)計應用工作提供參考。

1 滾動膜片概述

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

與波紋膜片、碟形膜片相比，滾動膜片的運動形成比較長，是它們的3～7倍，在直徑、材質(zhì)、厚度相同的情況下，滾動膜片的承壓能力最好。滾動膜片運動行程之內(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；膜片在托盤外表面積套筒內(nèi)壁的運動形式為滾動，因此摩擦阻力非常的小；滾動膜片使用過程中對介質(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影響到滾動膜片的功能；與活塞裝置相比，滾動膜片對托盤外表面、套筒內(nèi)壁的表面粗糙度、加工精度等要求較低；使用過程中如果閥桿或者托盤出現(xiàn)偏心或微小的偏移，膜片會自動找中對正；與活塞裝置相比，滾動膜片能夠承受的壓差比較小，只允許單向受力。

滾動膜片安裝過程中需要一些配套的裝置，比如托盤，安裝后在氣體壓力作用下套筒內(nèi)壁與托盤之間變成一個圓弧，托盤運動時，該圓弧沿著托盤的外壁及套筒的內(nèi)壁做無滑動的滾動。一般來說，滾動膜片主要有正向安裝和反向安裝兩種安裝方式。壓力相對較高時大多采用正向安裝的方法，安裝過程中，滾動膜片的大開口部位向內(nèi)翻折。壓力相對較低時可以采用反向安裝的方法，安裝時滾動膜片的頂部圓弧角向內(nèi)翻折。滾動膜片安裝時要注意最大行程問題，它表示了托盤位移的最大距離，與調(diào)壓器的閥桿及閥桿的運動行程是對應的。設(shè)計過程中必須要保證調(diào)壓器的閥桿及閥桿的運動行程略小于滾動膜片的最大行程。

2 滾動膜片設(shè)計計算方法

（1）滾動膜片受力及有效面積。滾動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的圓面積及D’和d’之間的環(huán)形的面積，托盤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，滾動膜片兩面均有壓力時，P表示的是兩面的壓差。環(huán)形部分受到氣體的壓力時會將這部分壓力傳遞到托盤的邊緣部分，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，為了簡化計算過程，使用集中力P代滾動膜片的受力面面積應該是有效面積的總和，記為當量面積A，

（2）滾動膜片設(shè)計。滾動膜片設(shè)計時需要綜合考慮d'與D'尺寸，托盤高度Ht，膜片高度H及膜片厚度幾個參數(shù)。X代表的是滾動寬度，滾動寬度較大時，膜片產(chǎn)生的推拉力較小，承壓能力也會降低。但滾動寬度也不能太小，因為滾動膜片實際設(shè)計制造過程中，沿著托盤外表面及套筒內(nèi)壁部分膜片上會有許多的褶皺，褶皺占用的空間大小會隨著膜片厚度的增加而增加，如果滾動寬度較小，兩層膜片的褶皺會相互摩擦影響膜片的正常滾動，因此需要合理的設(shè)計滾動寬度。一般來說，d’、D’、X設(shè)計時應該滿足以下條件：（1）d’/ D’=0.8～0.9，（2）X=（8～12）δ。其中第一個條件主要用于計算，第二個條件則用于設(shè)計校核。托盤的及膜片高度可以用以下方法進行設(shè)計：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。滾動膜片正向安裝時，膜片底部直線段應該與托盤底部直線段（dm）相等，托盤的外輪廓要與膜片的內(nèi)圓角相包容，因此R=Rm。滾動膜片反向安裝時，膜片底部直線段同樣要與托盤底部直線段（dm）相等，托盤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?？紤]到調(diào)壓器的相關(guān)零件可能會存在較小的加工誤差，導致滾動膜片設(shè)計位置與實際情況存在偏差，加上橡膠件硫化后會出現(xiàn)收縮的情況，因此，結(jié)合滾動膜片的大小，富裕量一般為2～8mm之間。膜片的內(nèi)部夾有絲布，它是整個膜片的骨架，同時也能夠增加膜片的強度?？紤]到膜片的氣密性問題，滾動膜片一般為橡膠材料制成，但橡膠的厚度會影響到膜片滾動的靈活度及氣密性，因此實際的設(shè)計過程中要結(jié)合調(diào)壓器的前壓合理的設(shè)計橡膠膜片的厚度。比如，調(diào)壓器前壓小于0.8MPa時，根據(jù)膜片的形狀大小，橡膠膜片的厚度可以設(shè)計在0.5～1.0mm之間。

3 實例分析

燃氣調(diào)壓器中滾動膜片設(shè)計主要分兩步，第一步計算理論尺寸，第二步實踐校驗、調(diào)整。下文以一個D50直接作用式燃氣調(diào)壓器為例，分析滾動膜片設(shè)計的過程。該直接作用式燃氣調(diào)壓器閥座及閥瓣處于作答開度狀態(tài)，滾動膜片采用反向安裝的方式安裝在對應的最低位置，閥桿的直徑為16mm，閥座的直徑為45mm，閥瓣的最大開度即行程為12mm。

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

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

（3）滾動膜片設(shè)計制造時應注意的問題。除了上述步驟之外，燃氣調(diào)壓器滾動膜片設(shè)計制造時還需要注意以下問題：為了防止?jié)L動膜片翻折時斷裂或者硫化時出現(xiàn)虧膠的問題，膜片拐角應為圓弧狀，為了防止套筒內(nèi)壁與端面交接處割裂滾動膜片，這兩個部位同樣應倒圓角；如果燃氣介質(zhì)為煤氣，滾動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)狀夾布紋路，其中氣體受壓面為光滑面。為了盡可能提高滾動膜片的耐壓強度，防止燃氣泄漏，滾動膜片正向安裝時，光滑面在內(nèi)表面，反向安裝時，光滑面在外表面。

4 結(jié)語

滾動膜片是燃氣調(diào)壓器中重要的組成部分，本文主要就滾動膜片的外形、特點、尺寸設(shè)計計算方法進行了簡單的介紹，結(jié)合實際案例分析了燃氣調(diào)壓器中滾動膜片的設(shè)計校驗制作方法。

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TU996.7

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