燃气安全比例控制器.doc

燃气安全比例控制器摘要：介绍了燃气安全比例控制器的结构、工作原理及创新点。简述了对燃气实行双阀控制的方案及采用先导式比例电磁铁与储气囊推动主阀相连动的控制过程和伺服调压器的调压功能。关键词：燃气安全供热比例控制器双阀控制先导式比例电磁铁储气囊推动主阀伺服调压器1概述随着西气东输，东海油气田的开发，洁净环保型能源天然气将成为我国的重要能源之一。发达国家天然气占能源消费中的比重达到22，而中国2000年只占能源消费中的2.2。我国花巨资1800亿元,争取到2010年天然气消费占整个能源比重达到8，浙江省计划到2010年投资106亿元用于天然气的开发利用。据专家预测，天然气输送管道占投资的50，输配调压及控制占投资的33，末端产品(主要是燃烧器)占投资的17，因为前者是基础设施工程，而末端产品随着天然气应用深入，比重会不断加大。燃气安全比例控制器是燃烧器的关键部件，特别是燃气锅炉、壁挂炉必须配置，达到安全、效能之目的。据欧洲市场统计，2002年销售达250万套，中国在2002年进口达到50万套，世界最大的燃气安全比例控制器制造商意大利SIT公司2002年生产能力为400万套，出现了供不应求的局面，其市场前景广阔。目前在燃气控制领域中，国内广泛采用单级或组合直动式电磁阀控制燃气的通断，其原理是通过电磁线圈的得电或失电来控制阀门的开启。这类装置结构简单，功能单一，安全性能不高，对后继设备的流量冲击大，并对负载的压力波动适应能力较差。而国外相对较早地使用比例调节的方式来无级控制阀门的开启度，并有应用于燃气的产品，如意大利的SIT，德国的DUNGS的控制器，其控制方式各有优缺点，原理上一般均采用调节出口压力的方式来达到控制流量的目的。自2002年起，公司通过市场调查和技术分析，决定开发燃气安全比例控制器。通过对进口产品原理、结构进行认真分析研究，重点瞄准全球第一的意大利SIT公司产品作为基础进行技术创新。公司与浙江工业大学之江学院合作，先后申请了五项专利，其中发明专利一项，开发出具有自主知识产权的燃气安全比例控制器。经浙江方圆检测股份有限公司全面性能检测，各项指标达到Q/ZCH0012003标准处国内领先，达到国外同类产品水平，经用户良好。2结构保证产品在使用中安全、可靠是总体设计的根本指导原则，同时必须保证燃气调节的精度和良好的流量特性。为此，产品结构设计时从以下几方面着手。（1）总体设计采用了对燃气实行双阀控制的方案，二次开阀，二级关闭,能在小于1S的时间内快速切断，以保证使用中安全可靠。同时在燃气进口处增设了高密滤网，出口处配置了快速切断电控板。达到了控制精度高，避免了因杂质而引起的故障，在出现各类故障时能速、安全切断气源。(2)在控制部分设计中，采用了先导式比例电磁铁与储气囊推动主阀相结合的设计方案，使流经控制器的燃气流量由零平稳地渐增至设定值，从而避免了因进口燃气压力变化而导致出口燃气波动冲击现象的发生。在先导阀设计上，利用流体力学的流道原理结合磁路特征，采用电压控制。在小流道设置开度螺钉，从而提高了燃气流量的调节线性度和控制精度，实现了调节流量变化均匀、稳定。直流比例电磁铁是一种将电信号转换成机械力和位移的电机械转换元件，是电液比例阀的重要组成部分，比例电磁铁具有以下基本特性：a、能连续不断的将输入的电迅号按比例的转换为机械位移或力输出：b、比例电磁铁具有水平吸力特性，即在工作区段内其输出力的大小只随输入电流的大小变化，同衔铁的位移无关；c、线性好，死区和滞环小；d、运动部件耐高压，并且静压平衡；e、动态性能好；f、结构简单、紧凑，成本低。比例电磁铁的位移力特性如图1所示。为了便于比较，普通电磁铁的位移力特性也示于同一张图上，其电磁推力随着生移的增加，不具备水平线性特性，因此难以实现精确的比例控制。当比例电磁铁的线圈电流给定时，在工作行程范围内具有水平的位移力特性。但在气隙接近于零的区域，输出力急剧上升，称为吸合区I，一般采用非导磁材料隔磁片将其力排除。当气隙过大时，输出力明显下降，称为比例电磁铁的空行程区。结构设计时，应设法避免气隙过大。我们利用比例电磁铁的特性和工作原理设计了V2先导比例阀。(3)反馈调压部件设计采用了反馈采样，闭环调节的独特结构方案。从而避免了因管路流量变化引起出口燃气压力波动，使燃气出口压力稳定，保证了燃烧的平衡性和高效性。(4)关键元件材料的选用对影响阀体工作可靠性和性能一致性的关键控制元件膜片，选用进口特种橡胶，并采取表面涂层工艺。该种材料不仅在天然气、液化石油气、人工煤气及其添加物中性能稳定，抗撕裂强度高，无黏结性，且能在-15+60的工作温度下，保持质地柔软。保证产品在不同地域、不同温度环境下正常安全工作。燃气安全比例控制器的具体结构及组成部件如图2所示。3工作原理如图2，燃气由进气口1经过滤网2进入V1二位二通常闭电磁直动阀，前端闭环导磁回路在磁场作用下向最小磁阻方向靠拢，通电后V1主阀口5打开，燃气进入6气腔B。V2为先导比例阀，V2具有出口流向转换及比例调节功能。由于V2下端磁间隙最大，V2动铁芯具有向下的吸合力且吸合力随着通入电压的增加而增加，并将阀口打开，气体进入先导阀腔。当电压从O到额定值时，燃气先从10直接排至出口，期间通过调节螺钉调节10通道的大小，直接控制出口的流量。随着V2电压增加，向下推力增加，阀口开度不断增加，进入先导阀腔内的气体大于经10、11通道排出的气体，压力逐渐升高，导致燃气经管道9进入12气腔C内，这样使膜片14受压力增加的影响向上顶，打开主阀口20。燃气由6经20进入出气口21，终使阀体完全打开。当10通道排放调节到最小时，在进气口压力不变的情况下，先导阀腔内气压增加速度加快，导致经9后到达12气腔C内气压增加速度加快，使主阀快速打开。相反，当排放调节最大时，使主阀慢速打开，故10内的调节螺钉具有延时慢开的调节功能。如图25为伺服压力调节器。膜片下腔中间经通道24及通道9与气囊相连，外围经通道23与出口相连，膜片上腔与大气连通。通过调节弹簧的压力，达到调节气囊内压力的目的，保证主阀行程稳定，达到出口压力稳定。具体工作过程为当21出气口出气压力过高时，气体经通道23进入膜片外围，当出口压力大于预先调定的弹簧压力时，将膜片托起，使通道24与23连通,气腔C内的气体经通道9、24及23排出，使气腔C内的压力减小，膜片14回落，使先导主阀口20开度减小，从而使燃气流量及压力减小。故伺服调压器起到出口压力设定，输出压力稳定的功能。在电磁阀正常工作关闭时，V1、V2内线圈断电，Vl、V2阀口关闭。气囊内气体经10、11排出，先导主阀口关闭。4创新点(1)采用V1直动式紧急切断开关控制阀和V2比例先导阀控制气囊式先导主阀串联结构，二次开阀，具有通过直动式电磁阀实现快速关闭，通过先导式控制阀的气囊膨胀原理实现慢速开启的特点，在保证使用安全可靠的前提下结构紧凑合理。而国内往往采用串联两个直动式加一个永久磁铁控制的比例阀。(2)在比例调节上较好地利用流体力学的流道原理结合比例电磁铁采用电压控制，与永久磁铁电压控制的方式相比，比例控制精度有了很大提高，故障率亦大大降低。(3)具有延时功能，通过双流道及气囊贮气缓冲的共同作用，使流经该控制器的燃气流量缓慢地由零渐增至额定值，开启时间可根据需求在030S内调节。(4)具有伺服调压作用，采用反馈采样，闭环调节的方式，稳定出口燃气压力于设定值，保证了燃烧的平稳性，避免了火焰冲击现象