減壓器:作用和分類,按介質,按功能,按工作原理,構造和工作原理,安全使用,減壓器動

減壓器是指把儲存在氧氣瓶內的高壓氧氣體，減壓為氣焊工作需要的低壓氧的裝置。由於氣瓶內壓力較高，而氣焊和氣割和使用點所需的壓力卻較小，所以需要用減壓器來把儲存在氣瓶內的較高壓力的氣體降為低壓氣體，並應保證所需的工作壓力自始至終保持穩定狀態。總之，減壓器是將高壓氣體降為低壓氣體、並保持輸出氣體的壓力和流量穩定不變的調節裝置。

基本介紹

中文名：減壓器
外文名：Regulator
作用：將高壓力的氣體降為低壓氣體
分類依據：介質、功能、工作原理
學科：機械

作用和分類,按介質,按功能,按工作原理,構造和工作原理,安全使用,減壓器動態仿真的有限體積模型,研究背景,氣體減壓器數學模型,研究結論,

作用和分類

按介質

可分為氧氣減壓器，乙炔減壓器，氮氣減壓器，空氣減壓器，氬氣減壓器，氫氣減壓器，氦氣減壓器，二氧化碳減壓器，丙烷減壓器，天然氣減壓器和含有腐蝕性質的不鏽鋼減壓器等。

按功能

還可分為集中式和崗位式兩類；按構造不同可分為單級式和雙級式兩類。

按工作原理

不同可分為正作用式和反作用式兩類。常見的國產減壓器以單級反作用式和雙級混合式（第一級為正作用式、第二級為反作用式）兩類為主。

構造和工作原理

（1）813系列減壓器的本體是由黃銅<HPb59-1>製成。兩級減壓與單級減壓的構造基本相似，均由活門頂桿、調壓彈簧、彈性薄膜裝置、減壓門等零部件組成。第一級減壓系統主要用於將高壓氣體自動降為中壓氣體，降至壓力為2MPa，然後送入第二級減壓系統。在二級減壓系統，當旋擰調壓螺釘時，通過調壓彈簧、彈性薄膜裝置及活門頂桿，使減壓活門作不同程度的開啟和關閉，以用來調節第一減壓系統送入的氧氣的減壓程度或停止供氣。

（2）813型減壓器進氣接頭處螺紋尺寸為23.4mm，接頭的內孔尺寸為7mm，出氣接頭內徑尺寸為4.8mm，其最大流量為40m³ /h。減壓器本體上還裝有高壓氧氣表和低壓氧氣表，分別指示高壓氣室（即氧氣瓶內）和低壓氣室內的壓力（即工作壓力）。高壓氧氣表的量程為25MPa。低壓氧氣表的量程為0-1.6MPa。

使用813型減壓器時，當順時針旋擰調節螺釘時，可頂開減壓活門，高壓氧氣便從縫隙中流入低壓室。由於氧氣在低壓室內體積發生膨脹而使壓力降低，即減壓作用。

（3）813型雙級式減壓器進氣接頭螺母螺紋尺寸為G 5/8，接頭的內徑尺寸為7 mm，出氣接頭的內徑尺寸可按不同需要選用5 mm或9 mm兩種。在本體上安裝的高壓氧氣表的量程為0-25MPa，低壓氧氣表的量程為0-1.6MPa。

安全使用

使用減壓器應按下述規則執行：

(1)氧氣瓶放氣或開啟減壓器時動作必須緩慢。如果閥門開啟速度過快，減壓器工作部分的氣體因受絕熱壓縮而溫度大大提高，這樣有可能使有機材料製成的零件如橡膠填料、橡膠薄膜纖維質襯墊著火燒壞，並可使減壓器完全燒壞。另外，由於放氣過快產生的靜電火花以及減壓器有油污等，也會引起著火燃燒燒壞減壓器零件。

(2)減壓器安裝前及開啟氣瓶閥時的注意事項：安裝減壓器之前，要略打瓶閥門，吹除污物，以防灰塵和水分帶入減壓器。在開啟氣瓶閥時，瓶閥出氣口不得對準操作者或他人，以防高壓氣體突然衝出傷人。減壓器出氣口與氣體橡膠管接頭處必須用退過火的鐵絲或卡箍擰緊；防止送氣後脫開發生危險。

(3)減壓器裝卸及工作時的注意事項：裝卸減壓器時必須注意防止管接頭絲扣滑牙，以免旋裝不牢而射出。在工作過程中必須注意觀察工作壓力表的壓力數值。停止工作時應先鬆開減壓器的調壓螺釘，再關閉氧氣瓶閥，並把減壓器內的氣體慢慢放盡，這樣，可以保護彈簧和減壓活門免受損壞。工作結束後，應從氣瓶上取下減壓器，加以妥善保存。

(4)減壓器必須定期校修，壓力表必須定期檢驗。這樣做是為了確保調壓的可靠性和壓力表讀數的準確性。在使用中如發現減壓器有漏氣現象、壓力錶針動作不靈等，應及時維修。

(5)減壓器凍結的處理。減壓器在使用過程中如發現凍結，用熱水或蒸汽解凍，絕不能用火焰或紅鐵烘烤。減壓器加熱後，必須吹掉其中殘留的水分。

(6)減壓器必須保持清潔。減壓器上不得沾染油脂、污物，如有油脂，必須在擦拭乾淨後才能使用。

(7)各種氣體的減壓器及壓力表不得調換使用，如用於氧氣的減壓器不能用於乙炔、石油氣等系統中。

減壓器動態仿真的有限體積模型

研究背景

減壓器是利用節流原理工作的部件，其作用是使流入的高壓氣體降壓至工作要求的值並穩定在一定的壓力範圍內。以往的減壓器模型一般有兩個特點，一是壓力微分方程通常是基於對理想氣體狀態方程的求導並採用等熵過程假設或等溫過程假設推導得到，而非從可壓縮瞬變流一維守恆形式的能量方程推導得到，其模型的最終形式過多依賴於理想氣體狀態方程，二是通常側重於仿真閥芯的節流和穩壓作用，而對高、低壓腔以外的其它腔室的作用考慮的相對較少。相關研究對某膜片式減壓器動態特性進行了詳細研究，但沒有對阻尼腔和卸荷腔單獨建模；針對某逆向卸荷式減壓器的四個腔室建立了壓力微分方程，但在推導上採用了等溫過程假設。從可壓縮瞬變流一維守恆形式的方程出發，通過引入空間位置交錯的兩種有限控制體積，提出了一維可壓縮瞬變流的有限元狀態變數模型，雖然稱為有限元模型，推導採用的方法在一維情況下也可稱為有限體積法，為拓寬模型的套用範圍，通過對能量方程在低馬赫數時的簡化獲得了管道分支和容腔的壓力微分方程，其方程是針對體積恆定的容腔推導的，不適用於變體積容腔。

氣體減壓器數學模型

圖 1為某逆向卸荷膜片式減壓器和某貯箱增壓系統所用減壓器的結構示意圖，對前者進行了仿真，以下將以這兩種減壓器為例建立氣體減壓器的有限體積模型。

圖 2為兩種減壓器的有限控制體積格線，其邊界處為相連氣體管道的邊界格線，把減壓器視為由高壓腔、低壓腔、阻尼腔和卸荷腔(或封閉腔 )四個氣體容積組合而成，氣體容積之間由局部流阻連線。由於閥芯直徑遠小於膜片直徑，高壓腔和低壓腔的體積隨閥芯的開合變化不大，可視為體積恆定的氣體容積，阻尼腔和卸荷腔(或封閉腔)的體積隨閥芯的開合變化較大，需要視為變體積氣體容積。數學模型推導的基本思想：由於視減壓器的四個腔室為氣體容積，而氣體容積模型中難以處理的狀態參數是其速度項，因為對一個有多個入口和出口的容腔而言，不具備一個有確定值和明確物理意義的統一的速度，其中的流體必定是分區流動的，因此推導中採用壓力、密度、節流處流量、入口流量、出口流量這些具有相對明確物理意義的物理量代替速度項的表達。

研究結論

減壓器建模和編程時採用了通用建模和編程方法，即按照一定的規則進行參數定義，仿真時只需要給出待仿真減壓器的參數輸入檔案，通過減壓器類型識別變數，程式即可對給定類型的減壓器進行仿真。前面介紹的逆向卸荷膜片式減壓器和貯箱增壓系統所用減壓器對應的類型識別變數分別為1和 2，對前者的仿真結果表明有限體積模型的穩態精度合乎工程需要；對後者的仿真獲得了減壓器各個腔室狀態參數和閥芯開度的回響曲線，這些曲線不僅可以研究減壓器的節流和穩壓作用，而且可以研究動態過程中各個腔室狀態參數的變化情況。可見，氣體減壓器的有限體積模型及其建模方法顯示出良好的有效性和通用性,具有良好的套用前景，以後的工作是針對特定減壓器進行仿真並與動態試驗數據進行對比以驗證模型的動態精度並修正模型參數(例如流量係數)。此外，減壓器的建模過程表明相關研究提出的有限元狀態變數模型適用於對複雜管網的建模，在液體火箭發動機系統仿真上具有廣泛的套用前景。

減壓器