淺析家用膜式燃氣表大、小滑閥對比

滑閥作為燃氣表計量中的關鍵零件，其合理的結構設計對燃氣表的高精度計量性能起著非常重要的作用，對于同規(guī)格燃氣表來講，分別采用大滑閥與小滑閥會對燃氣表有關技術指標產生不同的影響。本文主要從原理上在摩擦力、壓力損失及誤差曲線方面闡述了同規(guī)格燃氣表技術指標對比分析。

1 閥工作原理

滑閥的主要作用是變換進排氣口，它是將進入燃氣表內部的氣體，通過其進氣口輸送至一側計量室中，并將另一側計量室中的氣體通過排氣口排送到出氣流道，正是由于滑閥的這種循環(huán)往復的工作原理，帶動了燃氣表內的氣體一次次的送入并排出，進而實現(xiàn)了燃氣表的連續(xù)計量功能。因此，滑閥的結構設計以及質量控制對于燃氣表的計量準確性和可靠性起著決定性的作用。

2 擦力的比較分析

滑閥滑動在閥座上是干摩擦運行，滑閥與閥座間的摩擦力Fm與滑閥閥座材料的摩擦系數μ和作用在閥座上的正壓力N有關，即Fm=μN，其中正壓力N與滑閥的自重Fg和加在滑閥上的氣體壓力P有關，即N=Fg+P×Ef。

（式中：Ef——滑閥上邊的投影表面積；P──滑閥內外的壓力差；Fg──滑閥的自重。）

那么實際中對于同規(guī)格燃氣表大、小滑閥在上述公式中所用參數比較的結果分別為：大滑閥自重>小滑閥自重；大滑閥上邊投影面積>小滑閥上邊投影面積，所以把各個參數代入公式中的計算結果可以得出：同等條件下的氣體通過燃氣表時大滑閥運轉所需要克服的摩擦力大，即小滑閥運轉相對靈活一些。在摩擦力方面，大滑閥可以通過選用摩擦系數低的材料、減輕滑閥自重、降低滑閥表面粗糙度等方法進行優(yōu)化改進，實現(xiàn)減小摩擦阻力，提高克服阻力的能力。

3 壓力損失的比較

壓力損失是指燃氣表在規(guī)定的條件下，進氣口與出氣口的壓力差。燃氣表的壓力損失分為機械壓力損失和總壓力損失兩部分。

燃氣表壓力損失的產生是因為燃氣表在工作時需要克服機械摩擦及氣體流動時產生的阻力，克服機械摩擦阻力所產生的壓損稱機械壓損Pj；克服氣體流動阻力所產生的壓損稱沿程阻力壓損Pe。二者之和稱總壓損（燃氣表在最大流量時測得的壓力損失），阻力越大，壓損越大。總壓損表達式為△P=Pj+Pe。

（1）機械壓力損失是Pj在燃氣表處于正常運行Qmin狀態(tài)下測得壓損，對于一定規(guī)格的膜式表來說，機械壓力損失應是一個變化很小的常數，它由燃氣表的自動運轉并要克服機械阻力而不可缺少的動力，特別是滑閥運轉的接觸摩擦損失，這是氣體壓強通過膜片轉換過來的動力能源，由于表內機械運轉處于低速狀態(tài)，Pj隨流量變化的影響不大，可視為常量，而對于同規(guī)格家用燃氣表所用的大、小滑閥比較來講，因為大滑閥運轉要克服的阻力要大，所以大滑閥表的機械壓力損失理論上要大于小滑閥表的機械壓力損失。而通過采用合理的設計結構、保證合適的公差配合及零部件加工質量等方法可以盡量減小燃氣表的機械壓力損失。

（2）流體沿程壓力損失Pe是克服氣體流動阻力所產生的壓損。燃氣表在0.1Qmax～Qmax工作時，流經燃氣表的氣體處于層流和紊流兩種狀態(tài)，產生的阻力因流量不同阻力不同。

[pe=（λL/d）（ρ/2）Q2=K1ρQ2]

（式中：[λ]——管路的流體阻力系數；[L]——表內氣體通道的全長；D——表內氣體通道的內徑；[ρ]——氣體的密度；Q——氣體的流量；[K1]——系數，是與流場狀態(tài)有關的雷諾數ReD的函數。）

從公式中可以看出：氣體的密度[ρ]是個常量，氣體沿程阻力與表內的流通條件（[K1]）和流量（[Q2]）有關。對于同規(guī)格家用燃氣表來說，最大流量是不變的固定值，由于設計中大滑閥的排氣截面積要明顯大于小滑閥的排氣截面積，這就相當于加大了管道的流通截面積，改善了管道的流通能力，有效地降低了流體沿程阻力。由于氣體沿程壓力損失對總壓力損失的影響遠遠大于機械壓力損失的影響量，因此，盡管大滑閥機械壓力損失理論上大于小滑閥，但大滑閥總壓力損失要比小滑閥低，其根本原因就是流通面積的增大。

4 示值誤差、誤差曲線的比較

（1）大滑閥理論上對小流量有影響，誤差值可能偏負一些。

對燃氣表小流示值的影響體現(xiàn)在機械壓損和燃氣表工作時滑閥與閥座接觸面間的泄漏量兩個方面。在小流量區(qū)域內，大滑閥的摩擦力大，機械壓力損失大，會使小流量偏負。另一方面，由于大滑閥、閥座的研磨面積大，同等研磨條件下，大滑閥和閥座有可能形成的間隙量大，泄漏量大，可能導致小流示值誤差偏負一點的另一原因。而通過降低機械壓力損失，減少閥座表面面積、加強滑閥研磨工藝控制等方法則有利于減小大滑閥對小流誤差的影響。

（2）同規(guī)格大滑閥燃氣表在0.1Qmax～Qmax區(qū)域誤差曲線更趨于平直。

燃氣表在0.1Qmax～Qmax示值誤差的影響因素主要是流體沿程壓力損失，又流體沿程阻力與流體流速的平方稱正比，對于同規(guī)格燃氣表，無論是大滑閥還是小滑閥，工作和檢測的流量是相同的，小滑閥由于流通面積小，使經過燃氣表的氣體流速快，小滑閥表沿程壓力損失和總壓力損失都比大滑閥大。壓力損失的大小直接影響示值和曲線，總體規(guī)律是壓損越大，示值越偏負，曲線差值越大，因此，相對同規(guī)格燃氣表來講，大滑閥因沿程壓力損失和總壓損相對小，所以在0.1Qmax～Qmax示值誤差差值小，即誤差曲線更趨于平直一些。

因此，同等條件下的氣體通過燃氣表時，小滑閥運轉相對靈活一些，大滑閥則在0.1Qmax～Qmax區(qū)域誤差曲線更趨于平直，因此同規(guī)格家用燃氣表采用大滑閥或小滑閥應根據實際使用環(huán)境及不同條件，結合其各自不同性能指標擇優(yōu)選取，同時通過合理結構設計、合理滑閥材料的選取及保證好零部件加工質量來達到燃氣表高精度的計量性能。