王 禹

(黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150001)



机械式燃气温控阀的典型流量温度曲线与结构

王 禹

(黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150001)

通过介绍机械式燃气恒温器的流量曲线特点及机械结构，了解关键件对关键参数回差的影响及跳转簧片设计中应注意的问题。需要注意的是，跳转簧机械结构是燃气流量小于15 L/min的小流量机械式燃气阀，对于大流量的阀类似的结构，要考虑簧片的性能和使用寿命问题，可增加杠杆结构缩放力值。

机械式；燃气；温控阀；典型流量；温度曲线

机械式燃气温控阀通过控制燃气流量来控制后序燃气设备的设定温度，此类燃气温度控制器的特点是可以应用在没有电源的场合，实现燃气流量的自动控制。它的原理是通过热胀式波纹管遇热膨胀变形产生位移来影响阀口弹片的跳转，从而调节阀口的有效流通面积，以达到控制燃烧热备设定温度的目的。现代社会自动化程度越来越高，燃气设备大都需要燃气控制阀，根据被加热介质的反馈来控制燃气流量，从而保持被加热介质温度值恒定在设定值。笔者针对自动开关型的机械式燃气阀/自动恒温器的典型流量曲线及其控制机构进行介绍。

1 通断型燃气阀

1.1 温度流量曲线

通断型燃气阀的主阀口只有开关两个位置，分别对应如图1通断型流量温度曲线所示的Qmax及Q0。T1=设定的关闭温度，T2=对应关闭温度T1的自动开启温度，a=T2-T1。

1.2 机构动作原理

燃气通路开启后，燃气到达阀口上方，如图2所示为通断型阀口流量调节机构，初始位置此阀口为常开状态，此时阀口流通面积为最大，即燃气流量为最大值Qmax。一段时间后，被加热介质经燃气加热达到设定温度T1，反馈系统中热胀式热电偶遇热膨胀后压缩弹簧产生机械位移，向下传递给跳转簧片，使得跳转簧片向下跳转阀口关闭，此时燃气通路切断燃气流量Qmin=0。随着燃气设备的热量流失，被加热介质温度下降到T2，反馈系统中热胀式热电偶随着温度降低，压簧复位，施加在跳转簧片上的压力消失，从而跳转弹簧自动复位回到初始位置，即阀口常开的流通量最大状态。照此工作循环被加热介质温度可以稳定在设定值范围。

图1 通断型阀口流量温度曲线Fig.1 On-off valve port flow temperature curve

图2 通断型阀口流量调节机构Fig.2 On-off valve port flow adjustment mechanism

2 分段流量调节型燃气阀

第一，温度流量曲线：伺服调节型燃气阀的主阀口有开关功能，且中间流量状态可自动调节，如图3所示为分段流量调节型流量温度曲线。流量曲线是两条直线(定流量段)加上斜线(两个流量段的过渡)。

第二，对应的机械结构由两个阀口来实现，典型结构列举了两个阀口串联和两个阀口并联的形式，其机械结构不同，但能实现同样的分段式温度流量曲线功能。

图3 分段流量调节型流量温度曲线Fig.3 Section flow-regulation type flow temperature curve

图4 两个阀口布置为并联型结构Fig.4 Two valve ports arranged in parallel structure

双阀口机构动作原理：燃气通路开启后，燃气到达大阀口上方，如图4、5，初始位置流量调节机构中两个阀口为常开状态，此时流通面积为两个阀口累积的最大状态，即燃气流量为最大值Qmax，被加热介质经燃气燃烧加热到达设定温度T1，反馈系统中热胀式热电偶遇热膨胀伸长，压杆产生向下机械位移，使大阀口关闭，工作过程对应流量温度曲线中的斜线；此时阀口流通面积为小阀口的最大流通面积，即燃气流量对应Qmin；在温度增至T2的过程中，热胀式热电偶继续遇热膨胀机械位移向下增加，超过小阀口的跳转簧临界位置使跳转簧瞬间跳转，小阀口关闭此时燃气流量为最小值Q=0；加热过程结束。随着被加热介质热量损失，温度降低，热胀式热电偶长度缩短，使得跳簧自动复位，阀口反向动作小大阀口依次开启至最大流量状态，重新加热过程启动。照此工作循环被加热介质温度可以稳定在设定值范围。

图5 两个阀口布置为串联型结构Fig.5 Two valve ports arranged in series structure

3 通断型燃气阀与分段流量调节型燃气阀对比

流量温度曲线图1和图3对照可知，通断型燃气阀的流量理论上在到达设定温度最大值后瞬间切断，实际中热胀式波纹管温度反馈速度的滞后会使多余的燃气进入燃具设备，造成被加热的介质超出设定温度。对于分段流量调节型燃气阀在接近设定温度时，燃气阀将自动调整为小流量，这样就保证了设定精度，避免了燃气的浪费。用户可以综合精度、温度、恒温效果考虑选择具体的类型。

4 燃气阀精度与回差

回差即流量温度曲线中a代表的燃气恒温器设定温度与实际温度的差值，恒温器启动后，被加热介质的时间温度将在这个范围内浮动。差值是由于跳簧本身的固有迟滞特性产生的，显然回差a越小，说明被加热介质越接近设定的恒温状态，也就表明燃气阀的精度越好，因此回差a是衡量燃气控制阀精度的重要指标，设计中应对影响控制精度的关键件验证。

5 影响回差的关键件

机构动作原理可以看出具有两个位置的跳转簧片是当温度到达设定值后，阀口瞬间关闭的关键件。跳转簧的特性是簧片弹性变形超过了临界点，发生瞬间跳转，而外力消失后，簧片又回复到初始的自由位置。

接触簧片属弹性零件，工作时长期处在弯曲应力或反复转换应力的作用下，因此，接触簧片要具有良好的弹性和抗疲劳强度，根据设计要求选用具有较高弹性、韧性及强度的材料，如不锈钢303铍青铜Qbe2.0等。可采取挠度公式计算，结合静态分析工具，如Mechanica等软件相互验证选用合适的料厚，并设计适宜的形状，零件成型后进行时效处理，保证开关动作的机械性能。另外，在跳转簧的计算中，到达临界条件时，开关接触簧片产生弹性变形，只有挠度大于等于接触簧片弹性变形量时，才能保证开关的正常工作。

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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，硕士，工程师。

TH134

A

1674-8646(2017)08-0068-02