摘　要：介紹液化石油氣(LPG)鋼瓶角閥調(diào)壓器組、自閉式直立閥調(diào)壓器組的結(jié)構(gòu)。實驗分析自閉式直立閥調(diào)壓器組的調(diào)壓性能，對LPG鋼瓶分別配置自閉式直立閥調(diào)壓器組、角閥調(diào)壓器組時，3種灶具(輻射型加熱面燃燒器、條狀火孔燃燒器、圓火孔燃燒器)的火焰狀態(tài)、熱效率進行實驗對比。

關(guān)鍵詞：自閉式直立閥；  調(diào)壓器；  火焰狀態(tài)；  熱效率

Research on Performance of Self-closing Vertical Vale Regulator Assembly for LPG Cylinders

Abstract：The structures of angle valve regulator assembly and self-closing vertical valve regulator assembly for LPG cylinders are introduced．The pressure regulation performance of self-closing vertical valve regulator assembly is analyzed experimentally．The flame status and thermal efficiency of three kinds of cooking appliances(radiant heating burner，strip fire hole burner and round hole burner)are compared experimentally when LPG cylinders are respectively equipped with self-closing vertical valve regulator assembly and angle valve regulator assembly．

Keywords：self-closing vertical valve；regulator；flame status；thermal efficiency

據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有LPG鋼瓶保有量在1×10⁸只左右。由于一些城鎮(zhèn)瓶裝液化石油氣市場管理混亂，非法、違規(guī)充裝現(xiàn)象嚴重，LPG鋼瓶的充裝質(zhì)量難以保證，增大了LPG鋼瓶使用的安全隱患。

配置自閉式直立閥(以下簡稱直立閥)的LPG鋼瓶可有效控制鋼瓶的非法灌裝、倒氣行為，是提高用戶使用安全性，減少事故發(fā)生的有效手段。本文對LPG鋼瓶自閉式直立閥調(diào)壓器組性能進行實驗研究。

1　閥門調(diào)壓器組結(jié)構(gòu)及特點

①角閥調(diào)壓器組^[1-2]

角閥帶有手輪，順時針轉(zhuǎn)動可關(guān)閉角閥，角閥結(jié)構(gòu)見圖1，與角閥配合的調(diào)壓器外形見圖2。

②直立閥調(diào)壓器組

直立閥結(jié)構(gòu)見圖3，直立閥調(diào)壓器組工作狀態(tài)見圖4。與角閥相比，直立閥無外部手動開關(guān)，借助內(nèi)部彈簧與鋼瓶內(nèi)壓自動關(guān)閉。直立閥通常處于自動關(guān)閉狀態(tài)，只有裝上調(diào)壓器，并打開開關(guān)，直立閥才能開啟。

直立閥的開關(guān)由閥芯上下動作實現(xiàn)，密封面無相對運動，無磨損，密閉性好，使用壽命長。而角閥由于手輪經(jīng)常動作，往往導致密封元件的磨損，從而出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。直立閥靠調(diào)壓器頂針開啟，遇到火災時，頂針迅速熔化，閥芯自動鎖閉，避免泄漏。而配置角閥的鋼瓶，在發(fā)生火災時，伴隨著LPG的噴出，火災加劇，進而引發(fā)爆燃。直立閥自帶壓力保護裝置(安全釋放閥)，當鋼瓶出現(xiàn)超壓時，安全釋放閥自動泄壓。

2　實驗設計

①實驗目的

研究分析直立閥調(diào)壓器組的調(diào)壓性能，比較兩種閥門調(diào)壓器組對灶具燃燒器火焰狀態(tài)、灶具熱效率的影響。

②實驗系統(tǒng)

實驗系統(tǒng)見圖5，由LPG鋼瓶、燃氣表、溫度計、壓力表、灶具等組成。LPG鋼瓶：分別配置直立閥調(diào)壓器組、角閥調(diào)壓器組的LPG鋼瓶(以下分別簡稱直立閥鋼瓶、角閥鋼瓶)。灶具：灶具A，額定熱負荷為3.5kW，燃燒器為輻射型加熱面；灶具B，額定熱負荷為4.0kW，燃燒器為條形火孔；灶具C，額定熱負荷為3.4kW，燃燒器為圓形火孔。3種灶具的燃燒器外形見圖6。

3　實驗結(jié)果與分析

①直立閥調(diào)壓器組的調(diào)壓性能

直立閥調(diào)壓器組設定出口壓力為2.8kPa，實驗分別在3種鋼瓶內(nèi)壓(分別為1.20、0.50、0.03MPa)條件下進行，在不同燃氣耗量下，讀取調(diào)壓器出口壓力(壓力表讀數(shù))。由實驗結(jié)果可知，在3種鋼瓶內(nèi)壓條件下，直立閥鋼瓶的出口壓力波動范圍為2.70～3.93kPa，符合CJ 50—2008《瓶裝液化石油氣調(diào)壓器》第6．1節(jié)的規(guī)定。

②燃燒器火焰狀態(tài)

將在LPG鋼瓶滿瓶條件(鋼瓶壓力為1.2MPa)下，角閥鋼瓶調(diào)壓器調(diào)至中間壓力(對應調(diào)壓器中間刻度)時角閥調(diào)壓器組出口壓力作為參照，選取直立閥鋼瓶合適內(nèi)壓，使得直立閥調(diào)壓器組出口壓力與角閥調(diào)壓器組出口壓力保持基本一致。在以上條件下，分別觀察以直立閥鋼瓶、角閥鋼瓶為氣源時3種灶具燃燒器的火焰狀態(tài)。

由直立閥調(diào)壓器組的調(diào)壓性能實驗可知，當鋼瓶內(nèi)壓為0.03MPa時，直立閥調(diào)壓器組的出口壓力與角閥調(diào)壓器組調(diào)至中間壓力時的出口壓力(基本穩(wěn)定在2.99kPa)基本一致。因此，選定在以上條件下進行實驗。

由實驗結(jié)果可知，灶具A、C燃燒器的火焰狀態(tài)基本相同，但灶具B燃燒器的火焰狀態(tài)區(qū)別較大，見圖7。由圖7可知，配置直立閥調(diào)壓器組時，燃燒器火焰較弱；配置角閥調(diào)壓器組時，火焰為淡藍色，表明燃燒充分，且火焰有向上的沖力。由此可知，在實驗條件接近的情況下，配置角閥調(diào)壓器組時，灶具B燃燒器的火焰狀態(tài)更好。

分析原因，灶具B燃燒器的條形火孔傾斜布置，使得可燃氣體混合物在燃燒器出口后與空氣進行二次混合，并對火焰有旋流作用。由于直立閥調(diào)壓器組與角閥調(diào)壓器組結(jié)構(gòu)不同，導致這兩種閥門調(diào)壓器組出口的LPG流態(tài)存在差異，進而對燃燒器火焰狀態(tài)產(chǎn)生影響。對于灶具A、C，LPG與空氣的混合完全在燃燒器出口前進行，在出口后不再混合，因此調(diào)壓器出口的LPG流態(tài)對火焰的影響很小。

③灶具熱效率

以直立閥鋼瓶作為氣源的實驗方法為：選取鋼瓶內(nèi)壓為0.03MPa，進行灶具熱效率實驗。待灶具燃燒穩(wěn)定后，將盛裝一定水的鋁鍋放于灶具上，待水溫升至高于初始溫度5℃時，開始攪拌，并計量燃氣耗量。待水溫比初始溫度高30℃時，關(guān)閉灶具。實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過計算，可以得到灶具的熱效率^[3]。以角閥鋼瓶作為氣源的實驗方法為：在LPG鋼瓶滿瓶條件下，分別將調(diào)壓器調(diào)至最大壓力(對應調(diào)壓器最大刻度)、中間壓力、最小壓力(對應調(diào)壓器最小刻度)進行實驗，實驗方法與以直立閥鋼瓶作為氣源的實驗方法相同。兩種實驗條件下灶具A～C熱效率隨調(diào)壓器出口壓力的變化見圖8。

由圖8可知，無論LPG鋼瓶配置何種閥門調(diào)壓器組，灶具熱效率均大于54％。對于灶具B，比較直立閥調(diào)壓器組實驗條件(調(diào)壓器出口壓力為2.85kPa)與角閥調(diào)壓器組實驗條件(調(diào)壓器出口壓力為2.99kPa)下的實驗數(shù)據(jù)，前者的熱效率低于后者約10％，這與灶具燃燒器火焰狀態(tài)實驗得到的結(jié)果吻合。對于灶具A、C，當直立閥調(diào)壓器組出口壓力與角閥調(diào)壓器組出口壓力基本一致的情況下，灶具的熱效率非常接近。

4　結(jié)論

①直立閥調(diào)壓器組的調(diào)壓性能符合CJ 50—2008的規(guī)定。

②LPG在直立閥調(diào)壓器組出口的流態(tài)變化，對燃燒器為條形火孔灶具的火焰狀態(tài)及熱效率影響較大。

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本文作者：高貴鳳  崔永章  朱建賓  李美玲

作者單位：山東建筑大學

  華潤燃氣(鄭州)市政設計研究院有限公司

  上海理工大學