CL02-032@天然气汽车供气系统减压装置设计
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机械毕业设计全套
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CL02-032@天然气汽车供气系统减压装置设计,机械毕业设计全套
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1 减压系统的改进 符号命名 ： C=电导， L/S C*=层流电导， L/S Cm=分子流动电导， L/S Cp=恒压时的热容量， Btu/mol Cv=恒容时的热容量， Btu/mol d=管子内径， in Fa=泵送能力， ft3/min Fs=流率， std ft3/h g=重力常数， 32.2ft/s2 G=天然气相对空气的比密度，无量纲 h =静态液压差动， in.H2O Kn=克努森数，无量纲，查看上下文 L=管子长度， ft P=减压量 ,torr Pend=结束压力， mbar Pstart=开始压力， mbar Pult=泵的极限压力， mbar P =压降， psi r=压力减速比， (Pstart- Pult)/( Pend -Pult)， 无量纲 R=气体常数， 1545（ lbf/ft2） ft3/lbmol R Re=雷诺数，查看公式 3 Seff=有效泵送速度， L/s 或 m3 tp=抽气时间， s,min, 或 h T0=温度， T=温度， R U=速度， ft/s V=系统体积， ft3 Vl=系统体积， L Vs=音速， ft/s =压力校正因素，无量纲，图 7 =粘度， lbf-s/ft2 nts 2 c=温度， 厘泊 =时间， min =密度， lb/ ft3 =时间常数， s 间歇式减压系统的性能取决于泵的选择，以及系统底座的设计。如果泵选择的不适合，最好的设计系统将会不满足它的设计性能。另一方面，如果系统的底座设计不合格，特殊的泵将会不满足整体系统标准。因此，系统必须要整体看，特别是管子的设计，设备的布置，当然，还有适当的泵。 确立研究的基础 每一个设计都有一个开始点。四个参数有利于第一步的开始：系统体积，抽气时间，渗漏率和泵送能力。压降在后面考虑。泵的选择在后面 91 页的方框里讨论。 系统体积是所有容器，管子和其他必须抽空的中间设备 的总 体积。一个典型的间歇式装置仍然带有夹套，搅拌式反应设备，提升管，冷凝器和夹套减压接收器，这个体积大约是实际反应器体积的两倍。有些还带有传统的间歇式旋转系统或其他粉末干燥系统。 大多数间歇式工艺选择系统抽气时间在 20-30 分钟范围内的。因为大多数商业地紧缩系统处于低水平减压，在计算抽气时间时可以忽略渗漏。在泵的实际流量恒定的情况下，抽气时间可以用下面的方程式计算（多级泵或者单级泵）： =（ V/Fa） （ 760/P） (1) 中水平减压装置受 渗透率的影响，精确的方程式不仅长，而且复杂， 是使用图1 的计算图表，而不是处理方程式。我们必须指出：如果尺寸单元是减压装置设计的一部分。请在整篇文章中忽略它们。 实际上，渗漏率是要计算的，而且也是在上面的方程式中被估算的，然后渗漏率和泵送率的比也是要计算的。 如果比值小于 1/10，则泵送率是安全的，否则，则要选择更大的泵。 下一步是向目标的一个小的飞跃。换热器研究所收集了许多系统的统计关键资料，这是 在一个非常广泛的关于渗漏率系统的条件。图 2 是一个对数表，包括系统体积和减压设计 的程度，以及比较渗漏率。 这个简单方法源自于模糊、准确系统设计，在大多数化学加工 工业（ CPI）的应用领域，和及其适合的老工业经验法则，假设 1cfm 是 每 100-torr（或是大于）系统在每 1 ft3 系统体积的量。不要试图在微电子或 板材运用方面利用这个图表，在那些方面需要更高的精度，超过本篇文章所需要的范围。 在系统有一些不寻常的管子尺寸或垫片构型时，图 2 可以做适当补充。图 3，有 6 个部分，允许通过单独封口测定渗漏。查看相关的 4,这是处理沉浸式结合和nts 3 传动轴。 中心减压系统必须被设置用来满足一点数量的使用者，而且必须有足够的 复杂性用来满足变动容量和减压水平的要求。通常地低压减压系统在 600-680torr 范围内操作。 在所有的减压系统中，特别是高减压系统中，使用的经济费用必须最低。在就意味着空气渗漏必须 严格 地控制。同样，打算清除惰性物质和去除冷凝物，带有适当的管套结晶器，更可能地满足减压装置使用者的要求。 压降 在减压装置中，气体的流动要求一定的压降，这不仅仅是满足工作要求。允许管道系统的压降是要求大小的 10%的显著压力。这就意味着：例如：一个 10-torr的减压系统可以减至只有 1torr 的管道压降。 随着减压装置深度的增加，实际的天然气流动的替代速度呈线形增加，允许的管道压降 呈比例的减少， 而减压管线的尺寸在增加。如果系统管线和设备没有合适的压降，那么无论真空发电装置有多大，也不可能达到设计所要求的压降水平（图 4）。 流量特性随着压力的显著变化而发生变化。当雷诺数在计算中占有非常重要的地位时，是克努森数（ Kn：意味着自由程 /容器直径）来 决定流量的。深减压装置是根据分子流动的范围而定义的。 Kn0.5。每个分子之间的相互作用和气体分子与容器壁之间的相互作用关系不大。减压水平一般在 7.5 10-4torr 之下。方程式（ 2）是用来计算流量的。 Fa=1983d3/L （ 2） 克努森数一般在 0.01-0.5 范围之内，流量是在过渡范围内的。这是高于深减压装置范围的（大约在 7.5 10-5-7.5 10-1torr 范围内）。有帮助的图表（图 5）限定了范围的边界。计算流量是非常困难的。推荐雇佣一名顾问。 许多加工工艺是处于粘流状况的， Kn4000；过渡状态是处于 2300 和 4000 之间的，图 6 就是对此的 描述。 Re=dU / (3) 节流栓流量（音速）可以选择不同类型的发动机，用方程式（ 4）来计算最大速度。 Vs=（ gR Cp T/ Cv） 0.5 （ 4） 计算层流状态下的压降利用方程式（ 5）是很简单的。 P =6.68 10-4 cU/d5 （ 5） nts 4 紊流状态相关的摩擦系数要考虑到计算中去。在不需要明确摩擦系数时，方程式（ 6）表明了它们之间的关系。方程式、图表、和计算图表在“液 体流动” 10同样要解决这个计算。减压装置利用图 7、 8、 9 和 87 页的表格进行在生产，使得一些图表已经适应了这种情况。 Fs=3550（ h d5 ） /GL（ 1+3.6/D+0.03D） 0.5 （ 6） 管子和接合 衬管，大多数的直径都小于 4in，拥有在整个范围内的减压能力。除非有特殊情况，我们将会避免采用非常昂贵的金属管子（如：合金、 钽 、钛 ） ，或是玻璃管子（纯的或编制纤维）。 在温度不是问题放的情况下，如果工业气体产物是适合的，可以考虑使用溶剂焊接管子、塑料胶管子或者是 玻璃钢管子。 连接金属管子的最好办法是整体焊接。既然这个系统不可能打开来清理或清扫，再化合放入过程不得不限制清扫加工场地。液体和固体污垢同样规定了要焊接。如果需要法兰，微电子 工业最适合的类型是槽面法兰。 其他管线连接方法会有泄露的倾向。密封管子法兰可以用扭矩扳钳进行适当地紧缩（理论上地）。但是，聚四氟乙烯（ PTFE）会发生密封蠕变，然后减压装置的管线成分的循环将最终会使 法兰螺栓松散。检测螺栓扭矩经常被忽略。除非聚四氟乙烯使用许多公里，螺纹管的连接泄露将会低于 100torr。 机械密封是关键的组成部分。不同类 型的热虹吸管，会串联双倍的机械密封和双倍的干燥机械密封。市场上可买得到的螺纹干燥泵使用了氮气清扫作为密封。 大多数泵都是碳钢结构的。在油密封泵中，油提供了腐蚀剂与泵的金属部件的一层隔层。在运转在有效高温的干燥泵中，腐蚀剂是不能使用的，因为它们缺少一种液相。然而。通常这些是不够的 ，而且聚四氟乙烯和镍涂层已经使用了。 管子的布置可能解决问世，也可能引发问题。许多潜在的布置问题必须被提出：冷凝，伴随的液体在管线上的积聚，和超高压降。在中心减压系统中，在不同的区域内会有潜在的交叉污染。如果减压装置会在不同的使用者 之间使用，例如：多级模量的反应器和干燥器，压力可能产生波动。假设系统有了合理的管子直径和泵的尺寸，硬件的定义是战略脱模壶低压降止回阀和抑制孔口。 考虑到同时有许多使用者在使用，加热器须应该设计有大余量尺寸。部分哲学来避免交叉污染，同时， 意于避免相关放入液击问题：在一个机械厂安装减压系统（允许已准备好的维修），这在加工工厂处于最高的可能性。 设计管线只有一个关键点。管线在从最高点回到使用者的系统和脱模壶减压泵时应该有一定的倾斜。减压管线应该从最高点进入加热器，而且，加热器应该向脱模壶或泵的方向倾斜。所有的加热器应该有带有报警水平或自动放液口的脱模壶。没有这些设备，减压系统可能失败，而且液体可能回流到加工工艺过程中去。 nts 5 器件和硬件 冷凝器是用来驱走挥发性组分。如果第一个冷凝器是用来达到要求的加工平衡，则在减压源之前再增加一个排气冷凝器。 如果溶剂是现成的，只要没有达到加工冰点，操作具有最低的冷却液体的冷凝器是可行的。 无水溶剂的通常水平是-20 。根据溶剂和减压水平，这个温度适用于大多数的排放标准。这些单元结构的材料于加工工艺是基本一样的。 第一个冷凝器是为减压源服务的。气体冷凝成液体 一般是忽略压力的。为了保证系统压降的最小值，采用 TEMA 型中的 M 型低压换热器是比较合理的。专业的换热器设计技术 ，已经被专业的制造者所使用，这会确保一个非常成功的设计。 许多系统使用了脱模壶和过滤器只是使减压泵有了一个提高。它的目的是 改变气溶胶和任何其他的固体颗粒。这些单元中的绝大部分是用碳钢或是不锈钢制成的。 清扫系统用来要求启动单元干燥减压泵 ， 在关闭循环系统时，去除腐蚀性材料。典型地液循环式系统可以实现对换热器中的封闭液体进行冷却，减小它的蒸汽压力。典型地喷射系统在蒸汽液化成液体的过程中有中间冷凝器，因此 ，减小了后面的喷射系统的尺寸。油封泵有附加油系统和收集系统。 中间系统是由许多使用者共用一个单一的减压泵。对此，好的附属设备是低压降的检验阀，带有旁路阀的抑制空口，和压载箱。为了是新的使用者对现有使用者的冲击最小，可以建立辅助硬件，而且必须操作初始系统进行抽气，硬件还可以减小使用者之间造成的潜在的交叉污染，这是由加热器的回流造成的。 高流减压装置可以借助传感器和 V 行缺口球阀进行控制。低流减压装置可以借助系统入口处的泄放孔进行很好的控制。如果压入溶剂，则空气泄放孔是非常危险的；氮气泄放孔昂贵但更加安全。 从蒸 汽喷射到泄放孔回流一些废气到已完成的减压控制中是很普遍的。在一些机械减压泵中，例如螺杆泵，使用变速操作可以实现很好的控制。真空表和变送器采用了许多不同的形状和样式。图 10 描述了许多操作范围。 测试和启动 在做任何测试之前，为了避免外来杂质的干扰，例如：焊渣， PTFE 卷尺，手套和金属刮屑，要对整个系统进行清扫。安装一个永久的低压降粗滤器可以节省设备，和减少生产的停工时间。 当对一个新的减压系统进行试车时，不要在测试压力时停车。这个方法成功地发现了大的泄露，但是它不能发现那些随着系统使用时间的增加而不可避免的产生的小的泄露。压力测试和减压装置的操作两者的泄露特性不同，特别是在组分nts 6 方面，例如阀和法兰。 一个更好的测试方法是使整个减压 系统的压力低于运转压力，然后在一定时间内显示压力的升高。这种方法很自然地被称为“提高速率”测试方法。提供给系统一定的真空度，泄露就可以很准确地计算出来。可以对系统的不同组分进行这种测试，例如管线，反应器，过滤器和脱模壶，非常准确。这将会是以后排出系统故障的原始资料的来源。 标定一个减压泵意味着一个带有计算孔口系列的管子，或者带有其他类型的计算流量计，混合有一个显著压力表。为将来排除故障的 需要保留这些数据。 在液体循环减压泵中，显示器用来显示换热器中的内部循环液体的急冷程度。最小的仪表用来记录温度的上升和下降，流量和压力的减小。这些提供了没有拆分的临界流数据和热平衡数据。 检查排气管的泄露和污染或交叉污染的可能性。由于底板处有水的存在，这种情况是很可能发生的。避免后续加工过程中蒸汽的冷凝，可以使腐蚀降到最小。放气必须要处于安全状态，边界区域不是普通的通道，而且你不要想将加工气体泵入 HVAC 系统中作为替代。 减压泵的选择 在选择一种类型的减压泵时，所要做的第一件事情就是确定它的任务，为了简单的 原因，将减压装置的应用分成三类：低减压装置， 380-760torr；中减压装置，100-380torr；高减压装置， 0.1-100torr。 低减压装置 低减压装置的应用包括灌瓶，风送 ，储油罐 3，真空冷却，脱水和真空过滤。减压泵最适合的应用包括：文丘里空气喷射和蒸汽喷射，单作用工作台的液体循环，和再生的或旋转凸起型的吹风机。 泵的选择主要是根据不同的设计考虑，例如公用工程的可利用性（例如，用来蒸汽喷射的蒸汽，文丘里空气，和提供给液体循环装置的液体水）。基于加工工艺的考虑， 例如：固体的挟带作用，可以引起鼓风机 的操作问题。液体的流动和腐蚀，同样可以对设计的选择造成影响。 喷射系统可以是蒸汽、水或气体状态。蒸汽喷射除了比较小的实验单元之外是比较占优势的。所有的蒸汽喷射在处理液体导管和固体颗粒方面是可靠的，并且可以控制大范围的减压和流速。然而，喷射系统有两个主要缺点：操作他们的能量损耗（ 20 世纪 70 年代石油的短缺导致了对它们使用的严重减少），和蒸汽冷凝时排放的污染问题。 nts 7 中减压装置 中减压装置的应用包括：中间实验减压系统，真空过滤，真空干燥，减压蒸馏，除空气，挤塑机的除气和解决回收问题。减压泵最适合的应用场合包括：单 作用工作台的液体循环，单作用工作台的旋转叶片，旋转活塞， 2-3 工作台蒸汽喷射器，多工作台吹风机，旋转螺杆干燥泵。同样，选择合适的减压泵不得不考虑到所有的设计条件，包括花费。 在最近几年里，对环境的冲击问题已成为主要的考虑问题。在操作费用和选择中，两个最主要的因素是：海水通过液体循环或蒸汽喷射最后进入下水道；和来自于旋转叶片泵或旋转活塞泵的石油污染或废弃物的处理问题。 由于低花费和操作时的无相关问题产生，液体循环类型在现在的减压泵应用中得到最广泛应用。然而，蒸汽压力限制了减压的实现。除非内部淬火循环液体系统被 采用，否则对于它的使用将会受到限制。 解决清洗循环液体（通常是水）的趋势是将会加剧对环境的冲击。 单程油润滑泵 可生产出好的减压装置，但是要求对油的引进和收集有更复杂的系统。已收集的油通常包装好后到界区外焚烧，并且通常会产生有害物质。这些泵比其它涉及类型的泵价格更高，而且复杂。 干燥减压泵的新设备是一个大的卖家，这是由于它们容易操作，可实现高减压，高的生产能力，和相应地中等花费。然而，这些泵在运转时可产生热量，因此溶剂的闪点必须被考虑到。如果具有高闪点的溶剂在真空加热器中混合有空气，那么阻火器或阻爆器 应该在泵中 应用。泵被设计成 150psig，并且如果减压泵排出周围的压力，它将会包含 10 倍压力的波动。设计必须限制潜在的柱状液体 进入泵，正如其他泵的设计是非常合理的。 高减压装置 高减压装置的应用包括减压蒸馏，真空干燥，薄膜汽化，冷冻干燥，真空包装和冷冻干燥。减压泵最适合的应用场合包括：双工作台液体循环，（一些配备有空气喷射系器使液体循环减压范围为 12mm 汞注）；带有终极减压（至 5mm 汞注）的旋转叶片；旋转活塞 (带有漏气装置的减至 0.3torr)；干燥多工作台旋转凸台（减至 0.5torr）；干燥旋转螺杆（减至 0.01torr）；和带有中间冷凝器的 3 至 4 工作台蒸汽喷射器。 一些应用要求次级减压操作，而且这些需要多 工作台减压系统。典型地应用包括：带有液体循环的根部形旋转凸台鼓风机，带有旋转叶片减压泵的根部形鼓风机， 4 至 5 工作台蒸汽喷射，或者蒸汽喷射和液体循环，和混合带有干燥泵的蒸汽喷射器。 nts 8 液体循环减压泵可以用一种加工液体密封，因此允许产品回收。通过允许接触型冷凝和擦洗，使用者可以限制必须被丢掉的密封液体（循环液体）的数量。 一些类型的，例如旋转螺杆干燥泵，和旋转活塞泵，可以实现高减压，但是膨胀的体积在这些减压水平上如此之大 ，以至于使用单作用减压泵是不经济的。多工作台 减压系统更具有经济性和高效性。 为实现高减压，新类型的减压泵已经发展了：爪型，螺杆型，和滑板式干燥泵和油密封泵和冷循环液体技术已提供到了接触型冷凝器和擦洗中。 nts天然气汽车供气系统减压装置设计 I 摘 要 天然气汽车减压装置是天然气的汽车的一个重要部件，它的质量好坏车的性能有很大的关系，它在天然气汽车中主要起减压和稳压的作用。因此，通过利用减压装置，可以把 2-20MPa 的压缩天然气压力降到 1-2.5kPa 进入混合器，以便与空气混合进入汽缸，由于高压气瓶中的 CNG 气体压力随着燃料充装和使用不断变化，要保持较稳定的空燃比控制，还要求无论瓶内压力如何变化，减压调节器也应保证进入混合器的燃气压力基本恒定，以此实现比较稳定的燃气与空气混合比控制。从而实现减压和稳压的作用。 本次毕业设计在原有减压产品的基础上， 对其结构布局及形状进行了修改，并对输入发动机过程中的天然气压力的变化值进行了精确的设计，主要是对一级减压阀的缝隙减压和二级减压阀的缝隙减压，以及三级减压阀利用真空度进行减压进行计算，使其能够满足减压至预期的要求。而且对各主要受载荷的零部件进行了强度校核，使选择的材料满足强度要求。预计本次设计出来的减压装置具有结构简单，外行美观，精度高的特点，可提高同类产品的质量，可以满足广大用户的需求。 关键词 ：天然气汽车； 减压装置； 减压阀 nts II ABSTRACT The natural gas automobile decompressor is a natural gas automobile important part, its quality quality vehicle performance has the very big relations, it is main the reduced pressure in the natural gas automobile and the constant voltage function. Therefore, through use decompressor, may 1-20MPa compression natural gas pressure drop to 1-2.5kPa enters the mixer, in order to enters the cylinder with the air mix, because in the high-pressure bottle CNG gas pressure changes, must maintain the stable air-fuel ratio control, also requests regardless of how the bottle internal pressure does change, the reduced pressure regulator also should guarantee enters the mixer basically the fuel gas pressure constant, by this realization quite stable fuel gas and air mixture ratio control. Thus realization reduced pressure and constant voltage function. This graduation project in original reduced pressure product foundation, have carried on the revision to its structural configuration and the shape, and to input in the engine process the natural gas pressure change value to carry on the precise design, mainly is to the level pressure relief valve slit reduced pressure and two level of pressure relief valve slit reduced pressure, as well as three levels of pressure relief valves carry on the reduced pressure using the vacuum degree to carry on the computation, enables its to satisfy the reduced pressure to the anticipated request. Moreover to each mainly has been carried on the load spare part the intensity examination, causes the choice the material to satisfy the intensity request. Estimated this time designs the decompressor has the structure simply, the layman is artistic, precision high characteristic, may enhance the similar product the quality, May satisfy the user community the demand. Key words: Natural gas automobile; decompressor; pressure relief valve nts天然气汽车供气系统减压装置设计 i 目 录 摘要 . ABSTRACT. 绪论 .1 0.1 天然气汽车减压装置的用途和功能 .1 0.2 天然气汽车减压装置在我国的发展概况 .1 0.3 天然气汽车减压装置设计的目的和意义 .1 1 设计任务书 .3 1.1 设计题目 .3 1.2 题目说明 .3 1.2.1 设计参数规范 .3 1.2.2 符合标准 .3 1.2.3 设计思路 .3 1.3 设计方案 .3 1.4 资料调研 .4 1.4.1 减压阀的定义 .4 1.4.2 减压阀的工作原理 .4 1.4.3 减压阀的工 作过程 .7 2 设计方案的研究与选 择 . 9 2.1 减压调节器的分类 .9 2.2 方案选择 .9 2.2.1 方案一及其优缺点 .9 2.2.2 方案二及其优缺点 .9 2.2.3 设计方案的选择 . 10 3 总体方案设计 .11 3.1 一级减压阀的设计 . 11 3.1.1 一级减压阀的工作原理 . 11 3.1.2 一级减压阀阀室的设计 . 11 3.1.3 一级减压阀杠杆、弹簧与阀口的设计 . 11 3.2 二级减压阀的设计 . 19 3.2.1 二级减压阀的工作原理 . 19 3.2.2 二级减压阀阀室及盖板、杠杆、上档板的设计 . 19 3.2.3 二级减压阀弹簧的设计 . 19 3.3 三级减压阀的设计 . 22 nts ii 3.3.1 三级减压阀的工作原理 . 22 3.3.2 三级减压阀盖板、 杠杆、上挡板、阀口的设计 . 22 3.3.3 三级减压阀调节弹簧的设计 . 22 3.3.4 三级减压阀膜片的设计与校核 . 25 3.4 怠速阀的设计 . 26 3.4.1 怠速阀的工作原理 . 26 3.4.2 怠速阀阀室及阀体的设计 . 26 3.4.3 怠速阀芯及怠速阀弹簧的设计 . 28 3.5 其他重要零部件的设计 . 29 3.5.1 高压电磁阀阀芯、先导阀、弹簧的设计 . 29 3.5.2 安全阀及其弹簧的设计 . 30 3.5.3 进气接头的设计 . 31 3.5.4 一级阀盖连结螺柱和三级阀盖连结螺栓的选择 . 32 4 天然气汽车减压装置的使用说明 .35 4.1 天然气汽车减压装置的使用注意事项 . 35 4.2 天然气汽车减压装置的拆装、检查与调整 . 35 4.2.1 拆卸 . 35 4.2.2 清洗、检查、更换 . 35 4.2.3 组装、调整 . 36 5 总结 .38 谢辞 . 39 参考文献 .40 nts天然气汽车供气系统减压装置设计 1 绪 论 0.1 天然气汽车减压装置的用途和功能 以天然气作为燃料的汽车叫做天然气汽车。 为了提高天然气汽车一次冲气行使 的里程，车用天然气一般是压缩在 20MPa 存储在高压汽缸里，但发动机工作时，却要求燃气压力降到 1-2.5kPa 进入混合器，以便与空气混合进入汽缸，而且由于高压气瓶中的 CNG 气体压力随着燃料充装和使用不断变化，要保持较稳定的空燃比控制，还要求无论瓶内压力如何变化，减压调节器也应保证进入混合器的燃气压力基本恒定，以此实现比较稳定的燃气与空气混合比控制。因此在燃气供给系统中必须要有减压调节器。天然气汽车的核心和关键部件就是减压调节器，在CNG 汽车上，减压调节器的作用主要是起减压和稳压的作用，它的性能好坏，将会直接影 响到天然气汽车的性能。 0.2 天然气汽车减压装置在我国的发展概况 天然气汽车减压装置是随着天然气汽车的产生而产生的，同时，也随着天然气汽车的发展而发展。 早在 1958 年，四川就曾研制过天然气汽车，但是由于当时科技的发展，有一些技术问题不能解决，以及当时油价较低，而未能得到发展。 1986 年，四川石油管理局南充机械厂组织人员再次着手该技术的研究工作。 1988 年，中国石油天然气总公司从新西兰引进压缩天然气充气站装置（其中就包括了减压装置），在南充建立起了全国第一座压缩天然气充气站。南充机械厂用进口配件改 装了全国首批50 辆压缩天然气汽车，并结合自己的经验，根据国情，借鉴国外的先进技术，实现了天然气汽车减压装置及其他车用燃气装置的全部国产化。该装置在 1991 年通过技术鉴定， 1993 年通过部级验收，样车经测试，性能达到国外同类产品水平。目前，国内特别是四川、重庆等天然气供气减压系统生产企业已形成国产上万套的天然气汽车减压装置的产业规模，它们生产的产品成为国内各大汽车厂燃气汽车改装车用减压器的指定产品。近些年又有四川彭州兴威、重庆恩洁威、四川宜宾海家、成飞公司等 CNG 技术开发公司的减压调节器产品不断推出。 0.3 天然气汽车减压装置设计的目的和意义 从 20 世纪 70 年代开始，国际上燃气汽车技术逐渐进入较快的发展时期 。 在当今社会，天然气与柴油的热值相当，但价格仅为柴油的三分之二左右，而且天nts 2 然气汽车对大气的污染小，可以大大改善环境污染和能源紧缺的问题，因此，天然气汽车以其排放清洁、技术成熟、资源丰富等特点在世界范围内已得到广泛应用 。 虽然天然气汽车在在近几年来，在我国发展的很快，但是那只是相对的。预计到 2010 年的时候，我国民用机动车保有量将增加到 4900 万辆，而天然气汽车却只达到 100 万辆。如果以 1000 立方米天然气相 对于 1 吨石油来计算，世界上天然气的储量和石油的储量是在同一数量级的。天然气汽车以其减轻环境污染、缓解石油资源的优点得到了快速发展，但是我国的天然气汽车在 2010 年只能达到100 万辆，而与世界水平相比还有非常大的差别。这主要是由于天然气汽车在发展过程中会遇到很多困难。据统计，建设一座天然气汽车加气站一次性投资大约需要 200-300 万元，保证一座中等加气站有一定的效益，至少需要有 100 辆天然气汽车，而改装一部汽车需要投资约 100 万元。如此昂贵的投资，会让那些车主对汽车的改装望而却步。因此，我们必须对压缩天然气装 置（包括减压装置）的制造和改装成本进行一次大的调整，对其性能进行改进，另一方面，在我国市场上销售的天然气减压装置一半是国产的，一半是进口的。国产减压调节器在国内的竞争力是有限的，在国际上更是有限。把国产产品打到国际市场上去就需要对现有产品的性能、外观、体积、质量、成本等关键问题进行改进和调整。 天然气的减压装置是天然气发动机供气系统中的关键部件，它需要根据发动机的不同工况改变供给混合器的低压天然气量从而使混合器配制不同空燃比的混合气，以满足发动机的不同工况的要求。由于发动机所需要的天然气的压力很低（通常控制 在 0-0.178MPa），要将 20MPa 的天然气压力降到如此低的气压是很难的，同时需要将气压稳定在所要求的范围内，从而达到由减压器出口流出的低压气量，仅由混合器喉管真空度所决定，保证调节可靠使发动机工况稳定，节约燃气，改善排放的目的。 nts天然气汽车供气系统减压装置设计 3 1 设计任务书 1.1 设计题目 天然气汽车供气系统减压装置设计 1.2 题目说明 1.2.1 设计参数规范 减压阀进口额定压力为 20MPa，进气接头强度试验压力为 27.5MPa，当进气压力为 2-20MPa时，进行一级减压后，压力变化为 0.5MPa，变化许可值为 0.05MPa，进行二级减压后，压力变化为 0.2-0.3MPa，其变化许可值为 0.02MPa，之后进行三级减压，而其阀口的开启程度由发动机工作时的真空度的大小自动调节，但是可以调节初始开度。突然输出放气时，最大流量可达 40m3/h， 当气瓶压力小于2MPa 时，仍能对发动机正常供气。 1.2.2 符合标准 减压调节器各部分应符合标准 QC/T245-1998 的有关规定。 1.2.3 设计思路 根据国内外文献资料，了解有关天然气汽车供气系统减压装置的基本情况。设计一种符合上述规范的减压装置，其中包括方案设计及工作原理 的分析，总体结构设计以及重要零件的强度校核。 1.3 设计方案 根据已有国家标准和要求，一级减压阀的输入压力为 2-20MPa，而要求供给发动机的压力为负压，压力降低非常大，一级或者二级减压都不能一下就减压到规定的要求，而且减压器主要是起减压和稳压的作用，在减压过程中要吸收大量的热量，如果只采用一级或者二级减压装置，会因温度降低太多而无法达到要求，因此只能采用三级减压，才可以将输入压力降低到规定的要求。由于在减压过程中要吸收大量的热量，减压器上一般都设有将发动机循环水引人减压器的水套，利用发动机循环冷却水的热 量加热减压器。 nts 4 1.4 资料调研 1.4.1 减压阀的定义 国标 GB12244-89关于减压阀的定义是 :通过启闭件的节流 ,将进口压力降至某一个需要的出口压力 ,并能在进口压力及流量变动时 ,利用本身介质能量保持出口压力基本不变的阀门。就是说这样的一句话已经说明了减压阀的两个基本功能。一是减压 ,即将进口压力降至某一个需要的出口压力；二是稳压 ,即能在进口压力及流量变动时 ,利用本身介质能量保持出口压力基本不变。两个基本功能缺一不可。而节流阀虽有减压功能 ,通过启闭件的节流来实现 ,但是它没有稳压功能。 1.4.2 减压阀 的工作原理 减压阀的工作原理简而言之就是： A:减压； B:稳压。减压的原理是节流 ,气体流经活门与活门座之间的缝隙时 ,压力减小 ,达到减压的目的。稳压的原理是力的平衡 ,因为弹簧的行程是设定的 ,要达到平衡 ,出口腔的压力必须跟弹簧力平衡 ,当进口压力及流量变动时 ,利用弹簧力与出口腔的压力平衡保持出口压力基本不变。这是一个动平衡过程 ,并不是瞬间完成的。因为弹簧、活门等有一定的质量 ,在移动中与阀体等一些其他零件都有摩擦。 1.4.2.1 一级减压部分 图 1.1 一级减压原理 图 1.1是一级减压原理示意图。从储气瓶流出的 CNG气体依靠自身的压力打开一级阀门，从一级阀门和阀座之间的缝隙流入一级减压室，在此过程中 CNG气体的压力被 大 幅度降低。在一级减压室内壁上有许多挡片， CNG气体在流过它们时压力被进一步降低。随着一级减压室中气体数量不断增多，室内压力不断升高，nts天然气汽车供气系统减压装置设计 5 当压力上升到一定值时，一级膜片向上凸起，压迫一级弹簧，通过一级圆柱又带动一级杠杆动作，使一级阀门开度减小，减少 CNG气体的进入，随着一级减压室中的 CNG气体不断进入二级减压阀室，一级减压室中的气压降低，当压力降至某一值时，在一级弹簧预紧力的作用下，压下一级膜片，通过一级 圆柱又带动一级杠杆动作，使一级阀门开度增大， CNG气体又流入一级减压室。 一级阀门的开启与关闭由一级膜片的位置决定，而一级膜片的位置又受到一级减压室压力、二级减压室压力、一级弹簧预紧力的共同影响。增加一级弹簧预紧力，降低一级减压室压力及提高二级减压室压力等都将使一级膜片下移，一级阀门开度加大；反之，一级膜片上移，则一级阀门开度减小。 1.4.2.2 二级减压部分 图 1.2 二级减压原理 图 1.2是二级减压原理示意图。在一级减压室中经过初步减压的 CNG气体经过二级阀门进入二级减压室，由于二级阀门的节流作用 ，压力得到更进一步的降低。随着进入二级减压室中的气体数量的增多，当二级室内压力超过二级弹簧的预紧力时，二级膜片向上凸起，压迫二级弹簧，通过二级圆柱又带动二级杠杆动作，使二级阀门开度减小，减少了 CNG气体的进入量。随着二级减压室中的 CNG气体不断进入三级减压室，二级减压室中的气压降低，当压力小于二级弹簧预紧力时，在二级弹簧预紧力的作用下，二级膜片被压下，通过二级圆柱又带动二级杠杆动作，使二级阀门开度增大，进入二级减压室的 CNG气体量又开始增多。二级阀门的开启与关闭由二级杠杆来控制，二级杠杆的动作由二级膜片位置 决定，而二级膜片的位置由二级减压室压力、二级弹簧预紧力、三级减压室压力共同决定。 nts 6 1.4.2.3 三级减压部分 三级减压是为了 进一步降低天然气的压力，使其接近负压。图 1.3是三级减压、真空加浓和怠速调整的原理图。 经过两级减压的天然气通过三级阀门进入三级减压室。由于三级阀门的节流作用使 CNG气体的压力降至负压左右。接近负压的天然气由 CNG燃料出口进入混合器。三级阀门的开启和关闭受到三级杠杆的作用，而三级杠杆的动作又受到真空膜片的位置（由真空膜片弹簧预紧力、进气管真空度及三级减压室压力决定） ,三级膜片的位置（ 由三级减压室的压力、下盖室压力决定）、怠速调整螺钉及三级杠杆弹簧预紧力的共同作用。 1.4.2.4 真空加浓部分 它是设置在二级减压室上方的一个真空泵室，在一定的进气管真空度范围内增加进入气缸的天然气量，达到加浓混合气的目的。真空泵室通过一个真空管引入发动机的进气管真空度。当进气管真空度增大时，真空膜片向上压缩真空弹簧，三级杠杆随之作用，加大三级阀门的开度，增加三级减压室中天然气的供给量。随着进气管真空度的增大，三级杠杆会压下助射阀阀芯，打开助射阀，使三级减压室同二级减压室膜片与阻尼板之间的小室连通，使二级 减压室膜片与阻尼板间的压力降低，二级减压阀膜片在二级弹簧预紧力的作用下向下移动，通过二级圆柱又带动二级杠杆使二级阀门开度增加，增加 CNG 气体的进气量。调节助射阀螺钉可调整助射阀通道的截面，改变进气量。 1.4.2.5 怠速调整部分 图 1.3 三级减压、真空加浓和怠速调整原理 nts天然气汽车供气系统减压装置设计 7 怠速工况的调整是通过旋动怠速调节螺钉实现的。向下旋动（顺时针）调节螺钉，则推动压头使三级杠杆动作，减小三级阀门的开度，从而减小天然气的供给量；反之，向外旋动（逆时针）则使三级阀门开度增大，增加天然气的供给量。 1.4.2.6 启动加 浓部分 图 1.4 启动加浓原理 可在启动时向发动机额外提供天然气，以满足启动时发动机对混合气浓度的要求。原理如图 1.4 所示。 在减压器主气道之外设置一旁通气道，旁通气道的接通与截断由起动电磁阀控制。启动时，起动电磁阀使旁通气道接通。 CNG 气体由一级减压室直接进入三级减压室，增大了天然气的供给量，起动调整螺钉用于调整旁通气道进口截面的大小，可根据需要改变启动时 CNG 气体的供给量。 1.4.3 减压阀的工作过程 1.4.3.1 启动 发动机启动时，转速极低， 混合器喉 管 处的气流速度及真空度都很低，因此，三级阀门的开度很小，吸出的 CNG气体数量也很少。尤其在冷启动时，由于发动机温度很低，气缸内混合气过稀，难以保证其着火与燃烧。为保证顺利启动发动机，要求在启动时减压器供给较浓的混合气，完成这项任务的装置是起动电磁阀。 发动机启动时，起动电磁阀接通，起动旁通气道打开，来自一级减压室的 CNG气体经起动电磁阀的阀门和旁通气道直接进入三级减压室，通过燃料出口供给混合气，从而保证发动机的顺利着火运转。随着发动机转速的升高，混合器喉管中的真空度增加，三级减压室的阀门开度相应增大 ，从一级减压室、二级减压室送nts 8 出的天然气增多，可保证发动机稳定运转，起动电磁阀关闭，截断旁通气道。 1.4.3.2 怠速工况 发动机怠速运转时，由于节气门开度很小，转速又低，因此混合器喉管处的真空度很低，难以从减压器燃料出口吸出天然气，但怠速工况下节气门后面的真空度却很高，利用一真空管将此真空度引入真空泵室，节气门后的真空度越大，真空膜片压缩真空弹簧并带动三级阀门开启得越大，进入三级减压室的 CNG 便增多，这就满足了怠速工况对混合气的要求。 1.4.3.3 一般运转工况 在发动机运转过程中 ， 随着节气门开度的增大 及转速的升高，混合器喉管处的真空度也在不断的增大，这一真空度通过主通道传到三级减压室，使三级减压室的阀门开度增大，送出较多的天然气以满足发动机的需要。 1.4.3.4 瞬变工况 汽车在运行过程中，由于路况的突变会引起发动机的转速和负荷的突然改变，从而导致喉管真空度发生变化，三级减压室的压力就会出现波动，此压力波动将会影响到三级阀门开度的大小，使三级减压室 CNG 供给量发生相应的变化，以满足发动机的需要，为了保证减压阀在发动机瞬变工况下的工作稳定性，减压阀中各运动零件的质量应较小。 1.4.3.5 停机 发动机 停止工作后，混合器喉管处及节气门后的真空度均消失，三级膜片及真空膜片均在各弹簧预紧力的作用下处于平衡状态，三级阀门在三级杠杆弹簧的作用下关闭，停止向混合器供给天然气。 nts天然气汽车供气系统减压装置设计 9 2 设计方案的研究与选择 2.1 减压调节器的分类 减压阀按其结构主要分为弹簧活塞式减压阀、弹簧膜片式减压阀、气腔控制活塞式减压阀和气腔控制膜片式减压阀；按多级减压室的组装方式可分为正压进气减压阀和负压进气减压阀；按减压方式可分为杠杆式减压阀和正负式弹簧减压阀；按是否用电动控制可分为机电控制式减压阀和机械控制式减压阀。 2.2 方案选择 2.2.1 方案一及其优缺点 根据以上分析，采用三级减压，本方案拟采用三级减压，中压截止，负压进气，机械启动式。一级减压方式为杠杆减压，二级减压方式为正负弹簧减压。 本方案的工作原理方框图如下： 本方案的优点是结构紧凑，简单，铸造容易，高度小，体积小，零部件少。其缺点是不太安全，如果一级阀室损坏，高压天然气会从安全阀中排泄到大气中，污染环境，如果不关闭手动截止阀， 4.0MPa 左右的天然气长期作用在一、二级阀室，使阀室的弹簧、橡胶的使用寿命下降，而且正负压弹簧减压精度难以控制，需要较高的技 术，因此可靠性较差。本方案还有一个缺点就是起动不方便，起动时需要用人工调节怠速旋钮。 2.2.2 方案二及其优缺点 根据以上分析，采用三级减压，本方案拟采用三级减压，高压截止，负压进nts 10 气，一、二、三级减压方式都是采用杠杆减压，机动起动，组合式。 本方案的工作原理方框图如下： 此方案的优点是容易控制，精度高，起动容易，安全。其缺点是铸造难度大，体积大，零部件多，费用较高。 2.2.3 设计方案的选择 经过对方案一和方案二的研究，本设计选择方案二，因为采用方案二可使减压阀操作简单，方便，而且，这种方案更加安 全。但是在设计中，应该尽量降低铸造的难度，减少零部件的数量。 nts天然气汽车供气系统减压装置设计 11 3 总体方案设计 3.1 一级减压阀的设计 3.1.1 一级减压阀的工作原理 一级减压阀为常开式减压阀，主要由阀座、阀芯、杠杆、膜片、弹簧、减压室等部分组成。该减压阀在未通入气体时，阀芯与阀口保持一定的间隙，通入高压气体时，随着阀室压力的升高，气体作用在膜片下方并克服膜片上方弹簧的压力使膜片及其芯子产生向上的动作，从而带动杠杆转动，使阀口关闭。当减压室的气体向二级减压阀输出后，压力降低，膜片及其芯子下移，阀口打开，使高压气体再次进入一级阀室，如此反复，使减压阀在保证流量的基础上，出口压力稳定在一定的范围内。该减压阀的压力弹簧为不可调节式弹簧，如果要调节出口压力和流量，可调节杠杆上的调节螺钉或更换压力弹簧。 3.1.2 一级减压阀阀室的设计 为了密封的严密性，阀室的壁厚初选 5mm，由于初始气体压强在 2-20MPa之间变化，气体对阀芯的冲击力在几十牛顿至几百牛顿之间变化，因此，阀室的内径不能取得太小，但是也没有必要取得太大，参考现有减压阀，初选 64mm。阀室的容积与阀室的高度有关，容积的大小，与气体变化快慢程度相关，因此，也要 取得适当，再参照已有减压阀，初选 27mm。 因为壳体及盖板的实验应力为 0.8+0.1MPa，因此，对一级阀室的强度进行如下校核： 5d 1 02hbh 一 级 一 级 一 级一 级 一 级 （ 3-1）式中， 一 级=5mm， d一 级=64mm， h一 级=27mm 则 5665 1 0 2 7 6 4 1 02 5 2 7 1 0b =32 510 N/m2=3.2N/mm2 b =63.7 N/mm2 所以，阀室的强度满足要求。 3.1.3 一级减压阀杠杆、弹簧与阀口的设计 在设计阀口时，阀口不能取得太大，但也不能太小。阀口太大，流量难以控制，阀口太小，气体压强受到影响，因此，在参考了现有减压阀的设计之后，一nts 12 级阀口的内径初选 4.0mm，外径初选 6.0mm，杠杆的长度初选 36mm，高度初选9.5mm。阀芯的最大行程初选 0.5 0.1mm，膜片到一级阀盖下壁的距离初选25mm，上压板直径初选 40mm，厚度初选 3mm，则弹簧 初始压缩后的长度初选为 22mm。 因为该阀的最大流量可达 40m3/h，当气体初始压强为 2-20MPa 时，阀口的实际开度并不等于 0.5 0.1mm，只有当气体压强小于 1MPa 时，阀口开度才能达到0.5 0.1mm，此时，一级阀室的压强不能保持在原定范围，但其流量可达 40m3/h。 天然气缝隙减压的压降与流量 q 的关系与其粘度有关，天然气粘度在不同压强状态下的值是不同的，下面对天然气在高压状况下的粘度进行计算（因为天然气的主要成份是甲烷，甲烷的含量可高达 98 ，故在计算过程中，将天然气的物理性质以甲烷为准）。 根 据烃类物理化学数据手册 822 页，关于高压下气体粘度的计算， （0） =1.08 1 . 8 5 8 e x p ( 1 . 4 3 9 ) e x p ( 1 . 1 1 ) rr （ 3-2）cr VV （ 3-3） 1634()ccTM W P （ 3-4）再根据烃类物理化学数据手册 896 页和 86 页查得关于甲烷的参数如下： 绝对粘度0=109.95 10-7Pag s, 临界压力 Pc=4604KPa=4604000/1.01325=46.04atm 临界温度cT=190.58K, 临界体积cV=0.099 10-3m3/mol， 分子量 MW=16.0139 则计算得 ： 16341 9 0 . 5 8()1 6 . 0 1 3 9 4 6 . 0 4 =0.0467 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 1 1 11 . 4 3 91 . 0 8 rree 当天然气压强为 20MPa 时， 2000 . 0 9 9 2 2 . 4cr VV =0.884 则 ， 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 8 8 4 1 . 1 1 1 0 . 8 8 41 . 0 8 ee nts天然气汽车供气系统减压装置设计 13 =1.08 （ 3.568-0.413） =3.407 1 0 9 . 9 5 7 2 . 9 6 =182.9 P 当天然气压强为 2MPa 时， 200 . 0 9 9 2 2 . 4cr VV =0.0884 则 ， 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 0 8 8 4 - 1 . 1 1 1 0 . 0 8 8 41 . 0 8 e - e =1.08 （ 1.136-0.988） =0.1598 -109.95=0.1598/0.0467=3.423 =133.27 P 当天然气压强为 0.5MPa 时， 50 . 0 9 9 2 2 . 4cr VV =0.0221 则 ， 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 0 2 2 1 - 1 . 1 1 1 0 . 0 2 2 11 . 0 8 e - e =1.08 （ 1.0323-0.9991） =0.0359 -109.95=0.769 =110.72 P 当天然气压强为 0.3MPa 时， 30 . 0 9 9 2 2 . 4cr VV =0.01326 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 0 1 3 2 6 - 1 . 1 1 1 0 . 0 1 3 2 61 . 0 8 e - e =1.08 （ 1.0193-0.9996） =0.0218 -109.95=0.446 =110.4 P 当天然气压强为 0.2MPa 时， nts 14 r 20 . 0 9 9 2 2 . 4cVV =0.00884 7( 1 0 9 . 9 5 1 0 ) 0 . 0 4 6 7 = 1 . 8 5 81 . 4 3 9 0 . 0 0 8 8 4 - 1 . 1 1 1 0 . 0 0 8 8 41 . 0 8 e - e =1.08 (1.0128-0.9998) =0.014 -109.95=0.3 =110.25 P 查液压与气动技术 946 页得气体流经平行圆环平面缝隙的质量流量为： 3 2 21221()1 2 l nmh P PqrRTr（ 3-5）式中， r1、 r2 为圆环的大、小半径， r1=5.5mm， r2=7.5mm 气体常数 R=0.5183KJ/Kg K=518.3J/Kg K 当 P1=20MPa， P2=0.5MPa 时， 3 2 2 1 2m a x73 . 1 4 ( 2 0 0 . 5 ) 1 040 0 . 7 1 71 8 2 . 9 1 1 0 . 7 2 7 . 53600 1 2 1 0 5 1 8 . 3 3 2 3 . 1 5 l n2 5 . 5h maxh=0.039 410 m=0.0039mm 当 P1=2MPa， P2=0.5MPa 时， m a x3 2 273 . 1 4 ( 2 0 . 5 )40 0 . 7 1 71 3 3 . 2 7 1 1 0 . 7 2 7 . 53600 1 2 1 0 5 1 8 . 3 3 2 3 . 1 5 l n2 5 . 5h maxh=0.173 410 m=0.0173mm 气体从小孔流出流经两圆盘平面间的缝隙时，作用于圆盘的总压力公式为： 2 2 2122 2 2 121() ()2 l n ( )aPPF P r r rrr 一（ 3-6）当1P=20MPa 时，高压天然气作用于阀芯的力为： 66 3 2 3 2 3 23 . 1 4 ( 2 0 0 . 5 ) 1 00 . 5 1 0 3 . 1 4 ( 7 . 5 1 0 ) ( 7 . 5 1 0 ) ( 5 . 5 1 0 ) 7 . 52 l n ( )5 . 5aF 一=88.3125+2567.7 =2656N 当1P=2MPa 时，高压天然气作用于阀芯的力为： nts天然气汽车供气系统减压装置设计 15 6 6 3 2 3 2 3 23 . 1 4 ( 2 0 . 5 ) 1 00 . 5 1 0 3 . 1 4 ( 7 . 5 1 0 ) ( 7 . 5 1 0 ) ( 5 . 5 1 0 ) 7 . 52 l n ( )5 . 5aF 一=88.3125+197.516 =285.8N 当1P=20MPa，2P=0.32MPa 时，膜片芯子受膜片向上的推力为： F P A F 一 芯 一 芯 有 效 （ 3-7） 214dA 222 1 1有 效2d d d（ - ）4 4 d （ 3-8）其中，2d为阀室内径，1d为上压板的直径 2d=64mm，1d=40mm 3 2 3 2 3 23 . 1 4 ( 6 4 1 0 ) 3 . 1 4 ( 4 0 1 0 ) 4 0 3 . 1 4 ( 4 0 1 0 )4 4 6 4 4A 有 效=3685 610 2m 则 ， 6 h3 6 8 5 1 0 a lFF 5 杠 杆一 芯杠 杆（ 3.2-1 ） 10 =810.7-700.9 20.536=109.8N 110N 当1P=20MPa，2P=0.55MPa 时，膜片芯子受膜片向上的推力为： F P A F 一 芯 一 芯 有 效 =56 h( 5 . 5 1 ) 1 0 3 6 8 5 1 0 a lF 杠 杆杠 杆=1685.25-2656 9.536=957.4N 957N 当1P=2MPa，2P=0.32MPa 时，膜片芯子受膜片向上的推力为： F P A F 一 芯 一 芯 有 效 =6 h3 6 8 5 1 0 a lF 5 杠 杆杠 杆（ 3.2-1 ） 10 nts 16 =810.7-285.8 9.536=735.3N 735N 当1P=2MPa，2P=0.55MPa 时，膜片芯子受膜片向上的推力为： F P A F 一 芯 一 芯 有 效 =56 h( 5 . 5 1 ) 1 0 3 6 8 5 1 0 a lF 杠 杆杠 杆= 9 . 51 2 8 9 . 7 2 8 5 . 836=1582.8N 1583N 通过以上计算可知，弹簧在1P=20MPa，2P=0.32-0.55MPa 时的受力范围为110N-957N；在1P=2MPa，2P=0.32-0.55MPa 时的受力范围为 735
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