电机燃气比例阀的优化设计

电机燃气比例阀的优化设计

王卫星 余健

绍兴艾柯电气有限公司 浙江绍兴 312300

摘要：本文从燃气比例阀的结构出发，详细介绍了切断阀和调压阀的结构特点及工作原理，并通过简化比例阀的电机传动结构，在保证比例阀开度能精确控制的情况下，降低生产安装难度。

关键词：燃气阀、切断阀、调压阀、流量调节器

1、背景技术

燃气阀是一种燃气管道工程中用于控制燃气压力、流量等技术参数的安全配套装置，通常由切断阀、比例阀和调压阀组成，具有良好的控制特性和关闭密封性能，适用于城市煤气、液化石油气、天然气、氧气等多种燃气介质管路上。

目前市场上的比例阀多采用电磁式结构，它的工作原理是通过改变输入比例阀电流或电压大小，改变阀门开度大小，从而达到对燃气流量大小的调节。但是由于里面的铁芯有剩磁及摩擦力作用导致燃气压力随电流增加及减小的迟滞回差较大，影响燃气压力的精确控制。现有技术中也有采用步进电机控制比例阀开度的技术方案，但结构过于复杂，对比例阀的生产安装造成不便。

2、电机燃气比例阀的结构设计

电机燃气比例阀包括比例阀、切断阀和调压阀，主阀体从左只有开设进气道、内腔和出气道。

1）比例阀

比例阀包括电机端盖，电机端盖的顶部固定有步进电机，电机端盖上开设有一安装通道，步进电机的输出轴位于安装通道内并螺纹连接有传动螺块，安装通道内设有与传动螺块连接的传动套，传动套的底部伸出安装通道并固定有流量调节器。步进电机用于带动传动螺块上下移动，从而带动传动套上下移动，再带动流量调节器上下移动。

其中，流量调节器包括连接盘，连接盘顶面下凹形成安装槽，安装槽底面的中部开设有安装孔，传动套的底面设有安装轴，安装轴的自由端为锥形且切分成若干根小轴，被切分的小轴上设有与安装孔侧壁卡接的卡槽。当安装轴插入流量调节器时，由于安装轴自由端为锥形的设计，插入过程中会使两根小轴合拢，当插入至卡槽位置时，小轴又因本身应力复位使得卡槽与安装孔侧壁卡紧。

连接盘的底面设有若干支脚，相邻支脚的间距由上至下逐渐扩大。内腔靠出气道的一侧设有阀口三，当流量调节器完全位于阀口三内时，流量调节器将阀口三完全封堵。当流量调节器逐渐上升时，相邻支脚间的空间形成出气孔，使阀口三被打开，由于相邻支脚的间距由上至下逐渐扩大，所以流量调节器上移距离越大，出气孔的口径就越大，即燃气出气量就越大，以此达到流量调节的目的。

2）切断阀

内腔靠进气道的一侧设有阀口一和阀口二，切断阀包括导磁架和安装在导磁架内的线圈，线圈内腔顶部设有与导磁架接触的静铁芯，静铁芯的外壁上固接有底部伸出线圈的外隔磁套管，外隔磁套管内设有上动铁芯，上动铁芯的外壁上固接有内隔磁套管，内隔磁套管的一端伸出外隔磁套管并固定有用一个启闭阀口一的阀堵一，阀堵一与外隔磁套管之间设有回复弹簧一，内隔磁套管内设有下动铁芯，下动铁芯与上动铁芯之间连有回复弹簧二，下动铁芯的一端伸出内隔磁套管并连有用一个启闭阀口二的阀堵二。

当线圈通电，线圈产生磁场并通过导磁架使静铁芯带磁，静铁芯吸合上动铁芯，吸合过程中，上动铁芯上移带动内隔磁套管和阀堵一上升，从而使阀口一被打开；上动铁芯上移带动下动铁芯和阀堵二上移，从而使阀口二被打开。采用单线圈双切断式的切断阀，提高了燃气比例阀的安全性，同时由于使用了单线圈结构，体积较小生产成本较低。

由于静铁芯和上动铁芯吸合时冲击力较大，因此在静铁芯的底面上固定有缓冲垫，同时由于设置了缓冲垫，还可减小静铁芯与上动铁芯吸合产生的噪音。

3）调压阀

内腔内设有调压阀，底面位于调压阀的正下方固定有调压螺座。调压阀包括调压阀座，调压阀座上设有进气口和出气口，出气口位于阀口三正下方，调压螺座内螺纹连接有调压螺钉，调压阀座内设有用于启闭出气口的调压阀芯，调压阀芯内设有与调压螺钉正对的安装腔，安装腔内设有调压弹簧，调压弹簧两端分别顶在调压螺钉顶面和安装腔顶面之间。调压阀芯与调压阀座底面之间设有调压膜片。

当进气口压力增大时，调压膜片受到的气压力加大，随即压缩调压弹簧，调压阀芯向下移动关小出气口，提高压损。当进气口压力减小时，调压膜片受到的气压力变小，调压弹簧随即释放，带动调压阀芯向上移动开大出气口，降低压损，从而保证出气口的压力稳定，减小气源压力波动对出口压力变化的影响。而采用调压螺钉调节调压弹簧的压缩量，便于燃气比例阀最大使用压力的调节。

调压螺钉上还开设有呼吸孔，以便于让调压膜片下方感应大气压力，同时，当调压膜片破裂时，呼吸孔可以限制一个燃气最大泄量，以保证安全。

3、有益效果

1）通过使用传动套和传动螺块的配合，来简化电机式比例阀的结构，保证了比例阀的调节精度，同时又降低了比例阀的生产安装难度；

2）采用单线圈双切断式的切断阀，提高了燃气比例阀的安全性，同时由于使用了单线圈结构，体积较小生产成本较低；

3）调压阀采用调压螺钉调节调压弹簧的压缩量，便于燃气比例阀最大使用压力的调节。

图一 燃气比例阀的结构示意图

（主阀体1，进气道11，出气道12，内腔13，阀口一14，阀口二15，阀口三16，切断阀2，比例阀3，调压阀4，进气口42，出气口43，调压螺座44，调压螺钉45，呼吸孔49）

4、结束语

燃气比例阀的作用是通过调节比例阀电流大小，控制阀门开度来控制燃气输出压力，从而控制燃烧火焰的大小，起到调节水温的目的。因此，在保证比例阀开度能精确控制的情况下，通过简化比例阀的电机传动结构，从而降低生产安装难度，这对于燃气比例阀工艺发展具有重要意义。

参考文献

[1] 郭灵华, 吴桂安, 邓飞忠. 燃气比例阀电流联动控制降低断档压力的研究[J]. 价值工程, 2019.

[2] 张毅, 谢谊, 刘桦. 基于TRIZ理论的燃气比例阀优化设计探讨[C]// 中国土木工程学会; 国家燃气用具质量监督检验中心, 2018.