燃?xì)獗壤y中氣門組件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

蔣小波 袁金魁 甘嬋芳

（廣東萬和熱能科技有限公司 佛山 528300）

前言

在燃?xì)鉄崴髦校刂迫細(xì)馔〝?調(diào)節(jié)的燃?xì)獗壤y有各種結(jié)構(gòu)形式，在中國目前市場(chǎng)上使用最多的是帶關(guān)閉功能的動(dòng)永磁式燃?xì)獗壤y，該閥由于性價(jià)比高、制造工藝簡(jiǎn)單、燃?xì)赓|(zhì)量容納度高等特點(diǎn)，廣受各整機(jī)廠的選用。

燃?xì)鉄崴髟谑袌?chǎng)上表現(xiàn)點(diǎn)火失敗的故障原因很多，在確認(rèn)是燃?xì)獗壤y故障導(dǎo)致時(shí)，除了出口壓力偏小，基本是控制閥門不開閥導(dǎo)致。然而在故障處理時(shí)，由于售后人員的基本上是通過更換新閥體或拆開開關(guān)閥，故障消除，所以大多數(shù)售后的反饋的數(shù)據(jù)都是閥門粘閥。由于售后人員的專業(yè)水平及關(guān)注度不一樣，從而使技術(shù)人員沒有識(shí)別到真正的不良原因。市場(chǎng)上因不開閥導(dǎo)致點(diǎn)火失敗現(xiàn)象并沒有得到很好的改善。

1 燃?xì)獗壤y的結(jié)構(gòu)、工作原理

帶關(guān)閉功能的動(dòng)永磁式燃?xì)獗壤y，由一個(gè)閥體組件、開關(guān)閥、比例調(diào)節(jié)閥（帶穩(wěn)壓裝置）三大部分組成。如圖1。

圖1 燃?xì)獗壤y結(jié)構(gòu)示意圖

工作原理：在未工作時(shí)，二個(gè)閥門皆處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)燃?xì)鈴倪M(jìn)氣口進(jìn)入閥體后，給開關(guān)閥電磁線圈通電產(chǎn)生吸力拉起閥門，實(shí)現(xiàn)開閥，燃?xì)獯┻^一道閥體進(jìn)入第二道閥門，比例調(diào)節(jié)閥電磁線圈通電產(chǎn)生與永磁相同極性的排斥力推動(dòng)氣門組件開閥，進(jìn)入燃燒室。開關(guān)閥實(shí)現(xiàn)燃?xì)馔〝啵ＷC燃?xì)膺M(jìn)氣燃燒用具的第一道密封；比例調(diào)節(jié)閥內(nèi)設(shè)有調(diào)壓裝置、穩(wěn)壓裝置，實(shí)現(xiàn)出口壓力的大小調(diào)節(jié)、穩(wěn)定控制及第二道密封要求。

2 故障分析、改善方案

2.1 故障確認(rèn)分析

帶關(guān)閉功能的動(dòng)永磁式燃?xì)獗壤y不開閥現(xiàn)象，檢測(cè)線圈電阻值正常、通入額定電壓/電流測(cè)試，開關(guān)閥、比例調(diào)節(jié)閥都不能正常開閥。基本上可以判定為一、二道閥間有負(fù)壓，吸住閥門無法開閥。

確認(rèn)閥腔內(nèi)部負(fù)壓方法：打開比例調(diào)節(jié)裝配的比例線圈組件及閥蓋，觀察膜片形變：膜片弧度凸起部分向閥體內(nèi)腔凹進(jìn)去（如真空現(xiàn)象），如圖2所示；此時(shí)用鋼絲挑起膜片邊緣（閥蓋壓縮位置），使內(nèi)腔與大氣壓連通，膜片恢復(fù)凸起。裝回比例線圈組件及閥蓋，測(cè)試開關(guān)閥、比例調(diào)節(jié)閥電壓/電流應(yīng)能正常開閥。

圖2 負(fù)壓氣門形變示意圖

如圖3，比例閥在關(guān)閥時(shí)的受力情況： F磁+F簧+F2=F重+ F1+F+F支（其中 F=0）；給線圈通電 F增大到一定值時(shí)，克服F磁、F簧，實(shí)現(xiàn)開閥，此時(shí)受力關(guān)系式可寫成：F磁+F簧+F2? F重+ F1+F+F支（其中F支=0）。在關(guān)閥時(shí)負(fù)壓產(chǎn)生并不斷增大，穩(wěn)壓作用的橡膠膜片由于厚度薄且結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，形變量相對(duì)較大； 使負(fù)壓作用在膜片的受力面積變小，從而使F1變小；此時(shí)F2大于F1， F不變的情況下，更不利于開閥。

圖3 氣門組件受力分析示意圖

2.2 改善方法

目前實(shí)驗(yàn)及反饋?zhàn)C明：在通過液化石油氣后燃?xì)獗壤y一、二道閥門間產(chǎn)生負(fù)壓，負(fù)壓超過一定值后，導(dǎo)致閥門無法開閥。負(fù)壓產(chǎn)生的真正原因相對(duì)復(fù)雜且較難分析到根本原因，故設(shè)法在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改良，將負(fù)壓值控制在一定范圍內(nèi)，避免負(fù)壓增大，從而解決不開閥的問題。

比例閥在關(guān)閥并有負(fù)壓產(chǎn)生時(shí)的受力簡(jiǎn)寫為：F磁+F簧+F2=F重+ F1+F支（線圈不通電F=0），由于F磁+F簧、F重+F支是一對(duì)平衡力，只有變量F1、F2； 負(fù)壓在閥腔內(nèi)各處的壓強(qiáng)相同，故可通過改變F1、F2的壓力面積關(guān)系來保證開閥條件，使其滿足：F2?F1；因F=P·S,故關(guān)系式變成：S2?S1；也就是說滿足負(fù)壓作用在膜片上有效受力面積大于閥口受力面積，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泄壓。

在氣門組件膜片底部增加一個(gè)限位裝置，如圖4，氣門組件在封閥條件下負(fù)壓產(chǎn)生并開始增大后，橡膠膜片由于厚度薄且結(jié)構(gòu)細(xì)長(zhǎng)，凸起的孤面開始向閥腔內(nèi)發(fā)生形變，當(dāng)形變使其接觸限位裝置時(shí)，此時(shí)負(fù)壓作用在膜片的壓強(qiáng)由于受力面積S1變成S1′，使F1增大，當(dāng)其克服F2作用在氣門組件上，推動(dòng)閥門開閥，從而實(shí)現(xiàn)泄壓。

圖4 帶限位裝置負(fù)壓氣門形變示意圖

此結(jié)構(gòu)通過限位裝置增大負(fù)壓壓強(qiáng)的受力面積，使作用在橡膠膜片上的力增大，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓達(dá)到一定值時(shí)自動(dòng)泄壓。這個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可制造性高，正壓不影響閥門封閥，負(fù)壓達(dá)到一定值后橡膠膜片壓迫限位結(jié)構(gòu)，限位結(jié)構(gòu)推動(dòng)氣門開閥，使閥腔內(nèi)外壓強(qiáng)平衡，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)壓自動(dòng)泄壓。

2.3 改善方案驗(yàn)證

制作氣門組件A、B、C、D四個(gè)樣件（如圖5），樣A：膜片下無限位、樣B/C/D:限位高度X分別為1H 。

圖5 氣門組件樣件示意圖

將4個(gè)樣件分別裝在同一個(gè)燃?xì)獗壤y總成上。按圖6方法連接，在燃?xì)獗壤y一、二道閥門間采壓，并使一、二道閥門保持關(guān)閉狀態(tài)，用注射器以50 Pa/S的速度往外抽空氣，控制燃?xì)獗壤y一、二道閥門間負(fù)壓大小，繼續(xù)抽空氣直到水柱壓力不再上升，記錄水柱壓力最大值、穩(wěn)定值。

圖6 負(fù)壓驗(yàn)證連接方法

由表1可以看出，當(dāng)燃?xì)獗壤y橡膠膜片無限位時(shí)，閥體內(nèi)負(fù)壓一直增加；當(dāng)燃?xì)獗壤y有限位時(shí)，閥體內(nèi)負(fù)壓增加到某值后，會(huì)自動(dòng)下降并穩(wěn)定在一定值，這一過程可稱作為泄壓；且隨限位高度的增加負(fù)壓泄壓值越低。也就論證了：氣門組件橡膠膜片的限位結(jié)構(gòu)，可以有效的實(shí)現(xiàn)閥腔內(nèi)部負(fù)壓自動(dòng)泄壓。

表1 負(fù)壓泄壓值測(cè)試

3 方案應(yīng)用

對(duì)于帶關(guān)閉功能的比例調(diào)節(jié)閥，其調(diào)節(jié)作用的氣門組件在橡膠膜片下設(shè)置限位結(jié)構(gòu)，可有效解決燃?xì)獗壤y內(nèi)腔負(fù)壓?jiǎn)栴}。使得燃?xì)獗壤y的對(duì)燃?xì)膺x擇性、燃?xì)獬煞莸娜萑潭雀撸瑥亩鴶U(kuò)寬了其使用的范圍。對(duì)于材料成本不斷攀升的今天，制造成本的提升將直接影響到產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，所以在設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)就顯得十分關(guān)鍵。以圖3為例，對(duì)比二種設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 分體結(jié)構(gòu)

在膜片下直接設(shè)置一個(gè)限位墊。此結(jié)構(gòu)相對(duì)原有結(jié)構(gòu)，修改一下氣門軸上部裝配高度尺寸，增加一個(gè)限位墊片。通過打樣確認(rèn)可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓自動(dòng)泄壓，如圖8所示。

圖7 原氣門組件結(jié)構(gòu)

圖8 氣門分體結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：改動(dòng)小，原材可采用金屬或塑料成型；

缺點(diǎn)：增加一個(gè)部件帶入厚度公差帶，不利于燃?xì)夥€(wěn)壓一致性的控制；增加的裝配工序不利于生產(chǎn)成本控制及增加自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)成本。

3.2 連體結(jié)構(gòu)

將限位墊與氣門套集成一個(gè)零件，使氣門套即可實(shí)現(xiàn)固定密封環(huán)又可起到膜片因負(fù)壓形變的限位。通過打樣確認(rèn)可實(shí)現(xiàn)負(fù)壓自動(dòng)泄壓，如圖9所示。

圖9 氣門連體結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：裝配簡(jiǎn)單，未增加零件及裝配工序，更有利于成本控制及自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)。

缺點(diǎn)：模具改進(jìn)相對(duì)較大。

氣門組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響燃?xì)獗壤y比例特性、穩(wěn)壓性、二級(jí)氣密性等關(guān)鍵性能指標(biāo)。對(duì)比方案二不但有利于生產(chǎn)成本控制、在自動(dòng)化設(shè)備上生產(chǎn)兼容性更強(qiáng)，也利于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性控制。

4 結(jié)論

本文從燃?xì)獗壤y著手，分析了燃?xì)獗壤y的結(jié)構(gòu)及工作原理，閥腔產(chǎn)生負(fù)壓后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化特點(diǎn)，分析了負(fù)壓解決方案及驗(yàn)證方法；樣件實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證燃?xì)獗壤y在優(yōu)化結(jié)構(gòu)后，能有效的解決閥腔負(fù)壓導(dǎo)致無法開閥的問題。并得出以下結(jié)論：

1）在燃?xì)獗壤y的氣門組件的膜片下設(shè)置限位裝置，可使閥體內(nèi)腔負(fù)壓達(dá)一定值后自動(dòng)泄壓，從而解決燃?xì)獗壤y負(fù)壓不開閥的問題。

2）限位高度與膜片高度差越小，負(fù)壓泄壓值越小。

3）氣門組件中改善負(fù)壓的限位裝置、密封件固定裝置集成，更有利于成本控制及自動(dòng)化生產(chǎn)。