王 禹

(黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院，哈爾濱 150001)

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機(jī)械式燃?xì)鉁乜亻y的典型流量溫度曲線與結(jié)構(gòu)

王 禹

(黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院，哈爾濱 150001)

通過(guò)介紹機(jī)械式燃?xì)夂銣仄鞯牧髁壳€特點(diǎn)及機(jī)械結(jié)構(gòu)，了解關(guān)鍵件對(duì)關(guān)鍵參數(shù)回差的影響及跳轉(zhuǎn)簧片設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。需要注意的是，跳轉(zhuǎn)簧機(jī)械結(jié)構(gòu)是燃?xì)饬髁啃∮?5 L/min的小流量機(jī)械式燃?xì)忾y，對(duì)于大流量的閥類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，要考慮簧片的性能和使用壽命問(wèn)題，可增加杠桿結(jié)構(gòu)縮放力值。

機(jī)械式；燃?xì)?；溫控閥；典型流量；溫度曲線

機(jī)械式燃?xì)鉁乜亻y通過(guò)控制燃?xì)饬髁縼?lái)控制后序燃?xì)庠O(shè)備的設(shè)定溫度，此類(lèi)燃?xì)鉁囟瓤刂破鞯奶攸c(diǎn)是可以應(yīng)用在沒(méi)有電源的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)燃?xì)饬髁康淖詣?dòng)控制。它的原理是通過(guò)熱脹式波紋管遇熱膨脹變形產(chǎn)生位移來(lái)影響閥口彈片的跳轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)閥口的有效流通面積，以達(dá)到控制燃燒熱備設(shè)定溫度的目的。現(xiàn)代社會(huì)自動(dòng)化程度越來(lái)越高，燃?xì)庠O(shè)備大都需要燃?xì)饪刂崎y，根據(jù)被加熱介質(zhì)的反饋來(lái)控制燃?xì)饬髁?，從而保持被加熱介質(zhì)溫度值恒定在設(shè)定值。筆者針對(duì)自動(dòng)開(kāi)關(guān)型的機(jī)械式燃?xì)忾y/自動(dòng)恒溫器的典型流量曲線及其控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹。

1 通斷型燃?xì)忾y

1.1 溫度流量曲線

通斷型燃?xì)忾y的主閥口只有開(kāi)關(guān)兩個(gè)位置，分別對(duì)應(yīng)如圖1通斷型流量溫度曲線所示的Qmax及Q0。T1=設(shè)定的關(guān)閉溫度，T2=對(duì)應(yīng)關(guān)閉溫度T1的自動(dòng)開(kāi)啟溫度，a=T2-T1。

1.2 機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理

燃?xì)馔烽_(kāi)啟后，燃?xì)獾竭_(dá)閥口上方，如圖2所示為通斷型閥口流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，初始位置此閥口為常開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)閥口流通面積為最大，即燃?xì)饬髁繛樽畲笾礠max。一段時(shí)間后，被加熱介質(zhì)經(jīng)燃?xì)饧訜徇_(dá)到設(shè)定溫度T1，反饋系統(tǒng)中熱脹式熱電偶遇熱膨脹后壓縮彈簧產(chǎn)生機(jī)械位移，向下傳遞給跳轉(zhuǎn)簧片，使得跳轉(zhuǎn)簧片向下跳轉(zhuǎn)閥口關(guān)閉，此時(shí)燃?xì)馔非袛嗳細(xì)饬髁縌min=0。隨著燃?xì)庠O(shè)備的熱量流失，被加熱介質(zhì)溫度下降到T2，反饋系統(tǒng)中熱脹式熱電偶隨著溫度降低，壓簧復(fù)位，施加在跳轉(zhuǎn)簧片上的壓力消失，從而跳轉(zhuǎn)彈簧自動(dòng)復(fù)位回到初始位置，即閥口常開(kāi)的流通量最大狀態(tài)。照此工作循環(huán)被加熱介質(zhì)溫度可以穩(wěn)定在設(shè)定值范圍。

圖1 通斷型閥口流量溫度曲線Fig.1 On-off valve port flow temperature curve

圖2 通斷型閥口流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)Fig.2 On-off valve port flow adjustment mechanism

2 分段流量調(diào)節(jié)型燃?xì)忾y

第一，溫度流量曲線：伺服調(diào)節(jié)型燃?xì)忾y的主閥口有開(kāi)關(guān)功能，且中間流量狀態(tài)可自動(dòng)調(diào)節(jié)，如圖3所示為分段流量調(diào)節(jié)型流量溫度曲線。流量曲線是兩條直線(定流量段)加上斜線(兩個(gè)流量段的過(guò)渡)。

第二，對(duì)應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)由兩個(gè)閥口來(lái)實(shí)現(xiàn)，典型結(jié)構(gòu)列舉了兩個(gè)閥口串聯(lián)和兩個(gè)閥口并聯(lián)的形式，其機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，但能實(shí)現(xiàn)同樣的分段式溫度流量曲線功能。

圖3 分段流量調(diào)節(jié)型流量溫度曲線Fig.3 Section flow-regulation type flow temperature curve

圖4 兩個(gè)閥口布置為并聯(lián)型結(jié)構(gòu)Fig.4 Two valve ports arranged in parallel structure

雙閥口機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理：燃?xì)馔烽_(kāi)啟后，燃?xì)獾竭_(dá)大閥口上方，如圖4、5，初始位置流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中兩個(gè)閥口為常開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)流通面積為兩個(gè)閥口累積的最大狀態(tài)，即燃?xì)饬髁繛樽畲笾礠max，被加熱介質(zhì)經(jīng)燃?xì)馊紵訜岬竭_(dá)設(shè)定溫度T1，反饋系統(tǒng)中熱脹式熱電偶遇熱膨脹伸長(zhǎng)，壓桿產(chǎn)生向下機(jī)械位移，使大閥口關(guān)閉，工作過(guò)程對(duì)應(yīng)流量溫度曲線中的斜線；此時(shí)閥口流通面積為小閥口的最大流通面積，即燃?xì)饬髁繉?duì)應(yīng)Qmin；在溫度增至T2的過(guò)程中，熱脹式熱電偶繼續(xù)遇熱膨脹機(jī)械位移向下增加，超過(guò)小閥口的跳轉(zhuǎn)簧臨界位置使跳轉(zhuǎn)簧瞬間跳轉(zhuǎn)，小閥口關(guān)閉此時(shí)燃?xì)饬髁繛樽钚≈礠=0；加熱過(guò)程結(jié)束。隨著被加熱介質(zhì)熱量損失，溫度降低，熱脹式熱電偶長(zhǎng)度縮短，使得跳簧自動(dòng)復(fù)位，閥口反向動(dòng)作小大閥口依次開(kāi)啟至最大流量狀態(tài)，重新加熱過(guò)程啟動(dòng)。照此工作循環(huán)被加熱介質(zhì)溫度可以穩(wěn)定在設(shè)定值范圍。

圖5 兩個(gè)閥口布置為串聯(lián)型結(jié)構(gòu)Fig.5 Two valve ports arranged in series structure

3 通斷型燃?xì)忾y與分段流量調(diào)節(jié)型燃?xì)忾y對(duì)比

流量溫度曲線圖1和圖3對(duì)照可知，通斷型燃?xì)忾y的流量理論上在到達(dá)設(shè)定溫度最大值后瞬間切斷，實(shí)際中熱脹式波紋管溫度反饋速度的滯后會(huì)使多余的燃?xì)膺M(jìn)入燃具設(shè)備，造成被加熱的介質(zhì)超出設(shè)定溫度。對(duì)于分段流量調(diào)節(jié)型燃?xì)忾y在接近設(shè)定溫度時(shí)，燃?xì)忾y將自動(dòng)調(diào)整為小流量，這樣就保證了設(shè)定精度，避免了燃?xì)獾睦速M(fèi)。用戶可以綜合精度、溫度、恒溫效果考慮選擇具體的類(lèi)型。

4 燃?xì)忾y精度與回差

回差即流量溫度曲線中a代表的燃?xì)夂銣仄髟O(shè)定溫度與實(shí)際溫度的差值，恒溫器啟動(dòng)后，被加熱介質(zhì)的時(shí)間溫度將在這個(gè)范圍內(nèi)浮動(dòng)。差值是由于跳簧本身的固有遲滯特性產(chǎn)生的，顯然回差a越小，說(shuō)明被加熱介質(zhì)越接近設(shè)定的恒溫狀態(tài)，也就表明燃?xì)忾y的精度越好，因此回差a是衡量燃?xì)饪刂崎y精度的重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)影響控制精度的關(guān)鍵件驗(yàn)證。

5 影響回差的關(guān)鍵件

機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理可以看出具有兩個(gè)位置的跳轉(zhuǎn)簧片是當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值后，閥口瞬間關(guān)閉的關(guān)鍵件。跳轉(zhuǎn)簧的特性是簧片彈性變形超過(guò)了臨界點(diǎn)，發(fā)生瞬間跳轉(zhuǎn)，而外力消失后，簧片又回復(fù)到初始的自由位置。

接觸簧片屬?gòu)椥粤慵?，工作時(shí)長(zhǎng)期處在彎曲應(yīng)力或反復(fù)轉(zhuǎn)換應(yīng)力的作用下，因此，接觸簧片要具有良好的彈性和抗疲勞強(qiáng)度，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用具有較高彈性、韌性及強(qiáng)度的材料，如不銹鋼303鈹青銅Qbe2.0等?？刹扇隙裙接?jì)算，結(jié)合靜態(tài)分析工具，如Mechanica等軟件相互驗(yàn)證選用合適的料厚，并設(shè)計(jì)適宜的形狀，零件成型后進(jìn)行時(shí)效處理，保證開(kāi)關(guān)動(dòng)作的機(jī)械性能。另外，在跳轉(zhuǎn)簧的計(jì)算中，到達(dá)臨界條件時(shí)，開(kāi)關(guān)接觸簧片產(chǎn)生彈性變形，只有撓度大于等于接觸簧片彈性變形量時(shí)，才能保證開(kāi)關(guān)的正常工作。

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Typical flow temperature curve and structure of mechanical gas temperature control valve

WANG Yu

(Heilongjiang Institute of Mechanical Science, Harbin 150001, China)

By introducing the flow curve characteristics and mechanical structure of mechanical gas thermostat, the influence of key parts on the hysteresis of key parameters and the problems in the design of jumping reed are discussed. It should be noted that the jump spring mechanical structure is a small flow of gas flow less than 15 L/min mechanical gas valve. It needs to consider the reed performance and service life for large flow of the valve, which can increase the leverage structural scale force.

Mechanical; Gas; Temperature control valve; Typical flow; Temperature curve

2017-01-27

王禹(1981-)，男，碩士，工程師。

TH134

A

1674-8646(2017)08-0068-02