燃?xì)庹{(diào)壓器薄膜結(jié)構(gòu)對調(diào)節(jié)特性的影響

    薄膜在燃?xì)庹{(diào)壓器中的作用是作為敏感元件感測燃?xì)鈮毫Φ淖兓?，并將其與給定值比較，從而驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)燃?xì)庹{(diào)壓器的出口壓力。燃?xì)庹{(diào)壓器主體中的薄膜結(jié)構(gòu)根據(jù)薄膜的數(shù)量可分為單薄膜結(jié)構(gòu)和雙薄膜結(jié)構(gòu)兩種；

 

    1單薄膜結(jié)構(gòu)壓力特性

 

    單薄膜燃?xì)庹{(diào)壓器的結(jié)構(gòu)一般如圖1所示，圖中P0為薄膜上方腔體內(nèi)空氣壓力，單位為Pa，取大氣壓。閥桿受力平衡關(guān)系式為：p1A1+G+Ks=p2A1+p21A2(1)式中：p1——調(diào)壓器入口燃?xì)鈮毫?，Pa；圖1單薄膜結(jié)構(gòu)A1——閥瓣受力面積，簡化取閥口面積，m2；G——活動組件總重量，N；K——彈簧剛度，N／mm；s——彈簧壓縮量，mm；p2——調(diào)壓器出口燃?xì)鈮毫?，Pa；P21——薄膜下方腔體內(nèi)燃?xì)鈮毫?，Pa；取p21與p2相等；A2——主薄膜有效面積[1]，m2。當(dāng)p1波動Δp1時，假定閥桿在不移動的條件下能保持平衡[2]，引起p2的波動Δp2應(yīng)滿足下式：(p1+Δp1)A1+G+Ks=(p2+Δp2)(A1+A2)(2)式(2)與式(1)兩邊相減得：Δp1A1=Δp2(A1+A2)即雖然薄膜有效面積A2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于閥口面積A1，上式中Δp2/Δp1為一較小的數(shù)，但由于燃?xì)馊肟趬毫1通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃?xì)獬隹趬毫2，所以人口壓力波動對出口壓力的影響仍會很大。這是因?yàn)閱伪∧そY(jié)構(gòu)對于入口壓力波動的影響沒有消除，是通過入口壓力波動引起的出門壓力變化再進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低了調(diào)節(jié)的效率和精度。

 

    2雙薄膜結(jié)構(gòu)壓力特性

 

    為減小入口壓力波動對出口壓力的影響，可采用雙薄膜的結(jié)構(gòu)，即在燃?xì)馊丝谠黾右粋€平衡薄膜，結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2雙薄膜結(jié)構(gòu)此時閥桿的受力平衡關(guān)系式變?yōu)椋簆1A1+p21A3+G+Ks=p2A1+p21A2+p1A3同樣取p21=p2，整理得：p1(A1-A3)+G+Ks=p2(A1+A2-A3)(3)式中：A3——平衡薄膜的有效面積，m2。此時，若p1波動Δp1，仍設(shè)在閥桿不移動時引起p2波動Δp2，則有：(p1+Δp1)(A1-A3)+G+Ks=(p2+Δp2)(A1+A2-A3)(4)　　式(4)與式(3)兩邊相減得：Δp1(A1-A3)=Δp2(A1+A2-A3)

 

    整理得：對于雙薄膜結(jié)構(gòu)，由上式可以得出這樣的結(jié)論：平衡薄膜的有效面積與閥口面積相差越小、主薄膜的有效面積越大，在入口燃?xì)鈮毫Σ▌映霈F(xiàn)后，出口壓力的波動越小。以上分析是在閥桿平衡不被打破的條件下進(jìn)行的，實(shí)際上當(dāng)p1，p2波動時，閥桿的受力平衡將被打破，在燃?xì)鈮毫蛷椈蓮椓Φ木C合作用下，閥桿將移動，彈簧壓縮量s將發(fā)生變化，進(jìn)一步影響p2，直至在新的條件下重新建立平衡。

 

    3單薄膜結(jié)構(gòu)和雙薄膜結(jié)構(gòu)流量特性

 

    雖然雙薄膜結(jié)構(gòu)對于降低入口壓力波動對出口壓力的影響很有效，但由于平衡薄膜抵消了一部分出口壓力作用于主薄膜上的力，所以這種結(jié)構(gòu)對于調(diào)節(jié)用戶流量改變引起出口壓力變化的能力有所下降。例如當(dāng)入口壓力p1不變，輸出流量q1增加Δqv時，使出口壓力p2下降Δp2，彈簧壓縮量s減少Δs。對于單薄膜結(jié)構(gòu)，閥桿受力平衡關(guān)系式由式(1)變?yōu)椋簆1A1+G+K(s-Δs)=(p2-Δp2)(A1+A2)(5)式(5)與式(1)兩邊相減得：為簡化計(jì)算，假定閥瓣位移量與流量變化成線性關(guān)系，即：Δs=ηΔqv(6)式中：η——系數(shù)。則：對于雙薄膜結(jié)構(gòu)，閥瓣的受力平衡關(guān)系式由式(3)變?yōu)椋簆1(A1-A3)+G+K(s-Δs)=(p1-Δp2)(A1+A2-A3)(8)

 

    式(8)與式(3)兩邊相減得：同理，將式(6)代入上式得：由式(7)與式(9)可看出：雙薄膜結(jié)構(gòu)因用戶流量改變引起出口壓力的變化增加，使燃?xì)庹{(diào)壓器雙薄膜結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)能力有所下降，但下降程度不大。對于雙薄膜結(jié)構(gòu)可得出結(jié)論：主薄膜的有效面積越大，彈簧的剛度越小，在用戶流量改變時，出口壓力的波動越小。