1、天然气汽车供气系统减压装置设计I摘 要天然气汽车减压装置是天然气的汽车的一个重要部件，它的质量好坏车的性能有很大的关系，它在天然气汽车中主要起减压和稳压的作用。因此，通过利用减压装置，可以把 2-20MPa 的压缩天然气压力降到 1-2.5kPa 进入混合器，以便与空气混合进入汽缸，由于高压气瓶中的 CNG 气体压力随着燃料充装和使用不断变化，要保持较稳定的空燃比控制，还要求无论瓶内压力如何变化，减压调节器也应保证进入混合器的燃气压力基本恒定，以此实现比较稳定的燃气与空气混合比控制。从而实现减压和稳压的作用。本次毕业设计在原有减压产品的基础上，对其结构布局及形状进行了修改，并对输入发动机过程中
2、的天然气压力的变化值进行了精确的设计，主要是对一级减压阀的缝隙减压和二级减压阀的缝隙减压，以及三级减压阀利用真空度进行减压进行计算，使其能够满足减压至预期的要求。而且对各主要受载荷的零部件进行了强度校核，使选择的材料满足强度要求。预计本次设计出来的减压装置具有结构简单，外行美观，精度高的特点，可提高同类产品的质量，可以满足广大用户的需求。关键词：天然气汽车；减压装置；减压阀全套 CAD 图，翻译等，联系 153893706西南石油大学本科毕业设计IIABSTRACTThe natural gas automobile decompressor is a natural gas automobi
3、le important part, its quality quality vehicle performance has the very big relations, it is main the reduced pressure in the natural gas automobile and the constant voltage function. Therefore, through use decompressor, may 1-20MPa compression natural gas pressure drop to 1-2.5kPa enters the mixer,
4、 in order to enters the cylinder with the air mix, because in the high-pressure bottle CNG gas pressure changes, must maintain the stable air-fuel ratio control, also requests regardless of how the bottle internal pressure does change, the reduced pressure regulator also should guarantee enters the
5、mixer basically the fuel gas pressure constant, by this realization quite stable fuel gas and air mixture ratio control. Thus realization reduced pressure and constant voltage function.This graduation project in original reduced pressure product foundation, have carried on the revision to its struct
6、ural configuration and the shape, and to input in the engine process the natural gas pressure change value to carry on the precise design, mainly is to the level pressure relief valve slit reduced pressure and two level of pressure relief valve slit reduced pressure, as well as three levels of press
7、ure relief valves carry on the reduced pressure using the vacuum degree to carry on the computation, enables its to satisfy the reduced pressure to the anticipated request. Moreover to each mainly has been carried on the load spare part the intensity examination, causes the choice the material to sa
8、tisfy the intensity request. Estimated this time designs the decompressor has the structure simply, the layman is artistic, precision high characteristic, may enhance the similar product the quality, May satisfy the user community the demand.Key words: Natural gas automobile; decompressor; pressure
9、relief valve天然气汽车供气系统减压装置设计i目 录摘要 ABSTRACT绪论 .10.1 天然气汽车减压装置的用途和功能 10.2 天然气汽车减压装置在我国的发展概况 10.3 天然气汽车减压装置设计的目的和意义 11 设计任务书 .31.1 设计题目 31.2 题目说明 31.2.1 设计参数规范 31.2.2 符合标准 31.2.3 设计思路 31.3 设计方案 31.4 资料调研 41.4.1 减压阀的定义 41.4.2 减压阀的工作原理 41.4.3 减压阀的工作过程 72 设计方案的研究与选择. 92.1 减压调节器的分类 92.2 方案选择 92.2.1 方案一及其优缺
10、点 92.2.2 方案二及其优缺点 92.2.3 设计方案的选择 .103 总体方案设计 113.1 一级减压阀的设计 .113.1.1 一级减压阀的工作原理 .113.1.2 一级减压阀阀室的设计 .113.1.3 一级减压阀杠杆、弹簧与阀口的设计 .113.2 二级减压阀的设计 .193.2.1 二级减压阀的工作原理 .193.2.2 二级减压阀阀室及盖板、杠杆、上档板的设计 .193.2.3 二级减压阀弹簧的设计 .193.3 三级减压阀的设计 .22西南石油大学本科毕业设计ii3.3.1 三级减压阀的工作原理 .223.3.2 三级减压阀盖板、杠杆、上挡板、阀口的设计 .223.3.3
11、 三级减压阀调节弹簧的设计 .223.3.4 三级减压阀膜片的设计与校核 .253.4 怠速阀的设计 .263.4.1 怠速阀的工作原理 .263.4.2 怠速阀阀室及阀体的设计 .263.4.3 怠速阀芯及怠速阀弹簧的设计 .283.5 其他重要零部件的设计 .293.5.1 高压电磁阀阀芯、先导阀、弹簧的设计 .293.5.2 安全阀及其弹簧的设计 .303.5.3 进气接头的设计 .313.5.4 一级阀盖连结螺柱和三级阀盖连结螺栓的选择 .324 天然气汽车减压装置的使用说明 354.1 天然气汽车减压装置的使用注意事项 .354.2 天然气汽车减压装置的拆装、检查与调整 .354.2
12、.1 拆卸 .354.2.2 清洗、检查、更换 .354.2.3 组装、调整 .365 总结 38谢辞 .39参考文献40天然气汽车供气系统减压装置设计1绪 论0.1 天然气汽车减压装置的用途和功能以天然气作为燃料的汽车叫做天然气汽车。为了提高天然气汽车一次冲气行使的里程，车用天然气一般是压缩在 20MPa 存储在高压汽缸里，但发动机工作时，却要求燃气压力降到 1-2.5kPa 进入混合器，以便与空气混合进入汽缸，而且由于高压气瓶中的 CNG 气体压力随着燃料充装和使用不断变化，要保持较稳定的空燃比控制，还要求无论瓶内压力如何变化，减压调节器也应保证进入混合器的燃气压力基本恒定，以此实现比较稳
13、定的燃气与空气混合比控制。因此在燃气供给系统中必须要有减压调节器。天然气汽车的核心和关键部件就是减压调节器，在 CNG 汽车上，减压调节器的作用主要是起减压和稳压的作用，它的性能好坏，将会直接影响到天然气汽车的性能。0.2 天然气汽车减压装置在我国的发展概况天然气汽车减压装置是随着天然气汽车的产生而产生的，同时，也随着天然气汽车的发展而发展。早在 1958 年，四川就曾研制过天然气汽车，但是由于当时科技的发展，有一些技术问题不能解决，以及当时油价较低，而未能得到发展。1986 年，四川石油管理局南充机械厂组织人员再次着手该技术的研究工作。1988 年，中国石油天然气总公司从新西兰引进压缩天然气
14、充气站装置（其中就包括了减压装置） ，在南充建立起了全国第一座压缩天然气充气站。南充机械厂用进口配件改装了全国首批 50 辆压缩天然气汽车，并结合自己的经验，根据国情，借鉴国外的先进技术，实现了天然气汽车减压装置及其他车用燃气装置的全部国产化。该装置在 1991 年通过技术鉴定，1993 年通过部级验收，样车经测试，性能达到国外同类产品水平。目前，国内特别是四川、重庆等天然气供气减压系统生产企业已形成国产上万套的天然气汽车减压装置的产业规模，它们生产的产品成为国内各大汽车厂燃气汽车改装车用减压器的指定产品。近些年又有四川彭州兴威、重庆恩洁威、四川宜宾海家、成飞公司等CNG 技术开发公司的减压调
15、节器产品不断推出。0.3 天然气汽车减压装置设计的目的和意义从 20 世纪 70 年代开始，国际上燃气汽车技术逐渐进入较快的发展时期。在当今社会，天然气与柴油的热值相当，但价格仅为柴油的三分之二左右，而且天然气西南石油大学本科毕业设计2汽车对大气的污染小，可以大大改善环境污染和能源紧缺的问题，因此，天然气汽车以其排放清洁、技术成熟、资源丰富等特点在世界范围内已得到广泛应用。虽然天然气汽车在在近几年来，在我国发展的很快，但是那只是相对的。预计到 2010 年的时候，我国民用机动车保有量将增加到 4900 万辆，而天然气汽车却只达到 100 万辆。如果以 1000 立方米天然气相对于 1 吨石油来
16、计算，世界上天然气的储量和石油的储量是在同一数量级的。天然气汽车以其减轻环境污染、缓解石油资源的优点得到了快速发展，但是我国的天然气汽车在 2010 年只能达到 100 万辆，而与世界水平相比还有非常大的差别。这主要是由于天然气汽车在发展过程中会遇到很多困难。据统计，建设一座天然气汽车加气站一次性投资大约需要 200-300 万元，保证一座中等加气站有一定的效益，至少需要有 100 辆天然气汽车，而改装一部汽车需要投资约 100 万元。如此昂贵的投资，会让那些车主对汽车的改装望而却步。因此，我们必须对压缩天然气装置（包括减压装置）的制造和改装成本进行一次大的调整，对其性能进行改进，另一方面，在
17、我国市场上销售的天然气减压装置一半是国产的，一半是进口的。国产减压调节器在国内的竞争力是有限的，在国际上更是有限。把国产产品打到国际市场上去就需要对现有产品的性能、外观、体积、质量、成本等关键问题进行改进和调整。天然气的减压装置是天然气发动机供气系统中的关键部件，它需要根据发动机的不同工况改变供给混合器的低压天然气量从而使混合器配制不同空燃比的混合气，以满足发动机的不同工况的要求。由于发动机所需要的天然气的压力很低（通常控制在 0-0.178MPa） ，要将 20MPa 的天然气压力降到如此低的气压是很难的，同时需要将气压稳定在所要求的范围内，从而达到由减压器出口流出的低压气量，仅由混合器喉管
18、真空度所决定，保证调节可靠使发动机工况稳定，节约燃气，改善排放的目的。天然气汽车供气系统减压装置设计31 设计任务书1.1 设计题目天然气汽车供气系统减压装置设计1.2 题目说明1.2.1 设计参数规范减压阀进口额定压力为 20MPa，进气接头强度试验压力为 27.5MPa，当进气压力为 2-20MPa 时，进行一级减压后，压力变化为 0.5MPa，变化许可值为 0.05MPa，进行二级减压后，压力变化为 0.2-0.3MPa，其变化许可值为 0.02MPa，之后进行三级减压，而其阀口的开启程度由发动机工作时的真空度的大小自动调节，但是可以调节初始开度。突然输出放气时，最大流量可达 40m3/
19、h，当气瓶压力小于 2MPa 时，仍能对发动机正常供气。1.2.2 符合标准减压调节器各部分应符合标准 QC/T245-1998 的有关规定。1.2.3 设计思路根据国内外文献资料，了解有关天然气汽车供气系统减压装置的基本情况。设计一种符合上述规范的减压装置，其中包括方案设计及工作原理的分析，总体结构设计以及重要零件的强度校核。1.3 设计方案根据已有国家标准和要求，一级减压阀的输入压力为 2-20MPa，而要求供给发动机的压力为负压，压力降低非常大，一级或者二级减压都不能一下就减压到规定的要求，而且减压器主要是起减压和稳压的作用，在减压过程中要吸收大量的热量，如果只采用一级或者二级减压装置，
20、会因温度降低太多而无法达到要求，因此只能采用三级减压，才可以将输入压力降低到规定的要求。由于在减压过程中要吸收大量的热量，减压器上一般都设有将发动机循环水引人减压器的水套，利用发动机循环冷却水的热量加热减压器。西南石油大学本科毕业设计41.4 资料调研1.4.1 减压阀的定义国标GB12244-89关于减压阀的定义是:通过启闭件的节流 ,将进口压力降至某一个需要的出口压力,并能在进口压力及流量变动时,利用本身介质能量保持出口压力基本不变的阀门。就是说这样的一句话已经说明了减压阀的两个基本功能。一是减压,即将进口压力降至某一个需要的出口压力；二是稳压,即能在进口压力及流量变动时,利用本身介质能量
21、保持出口压力基本不变。两个基本功能缺一不可。而节流阀虽有减压功能,通过启闭件的节流来实现,但是它没有稳压功能。1.4.2 减压阀的工作原理减压阀的工作原理简而言之就是：A:减压；B:稳压。减压的原理是节流,气体流经活门与活门座之间的缝隙时,压力减小,达到减压的目的。稳压的原理是力的平衡,因为弹簧的行程是设定的,要达到平衡,出口腔的压力必须跟弹簧力平衡,当进口压力及流量变动时,利用弹簧力与出口腔的压力平衡保持出口压力基本不变。这是一个动平衡过程,并不是瞬间完成的。因为弹簧、活门等有一定的质量,在移动中与阀体等一些其他零件都有摩擦。1.4.2.1 一级减压部分图1.1 一级减压原理图1.1是一级减
22、压原理示意图。从储气瓶流出的CNG气体依靠自身的压力打开一级阀门，从一级阀门和阀座之间的缝隙流入一级减压室，在此过程中CNG气体的压力被大幅度降低。在一级减压室内壁上有许多挡片，CNG气体在流过它们时压力被进一步降低。随着一级减压室中气体数量不断增多，室内压力不断升高，当压力上天然气汽车供气系统减压装置设计5升到一定值时，一级膜片向上凸起，压迫一级弹簧，通过一级圆柱又带动一级杠杆动作，使一级阀门开度减小，减少CNG气体的进入，随着一级减压室中的CNG气体不断进入二级减压阀室，一级减压室中的气压降低，当压力降至某一值时，在一级弹簧预紧力的作用下，压下一级膜片，通过一级圆柱又带动一级杠杆动作，使一
23、级阀门开度增大，CNG气体又流入一级减压室。一级阀门的开启与关闭由一级膜片的位置决定，而一级膜片的位置又受到一级减压室压力、二级减压室压力、一级弹簧预紧力的共同影响。增加一级弹簧预紧力，降低一级减压室压力及提高二级减压室压力等都将使一级膜片下移，一级阀门开度加大；反之，一级膜片上移，则一级阀门开度减小。1.4.2.2 二级减压部分图1.2 二级减压原理图1.2是二级减压原理示意图。在一级减压室中经过初步减压的CNG气体经过二级阀门进入二级减压室，由于二级阀门的节流作用，压力得到更进一步的降低。随着进入二级减压室中的气体数量的增多，当二级室内压力超过二级弹簧的预紧力时，二级膜片向上凸起，压迫二级
24、弹簧，通过二级圆柱又带动二级杠杆动作，使二级阀门开度减小，减少了CNG气体的进入量。随着二级减压室中的CNG气体不断进入三级减压室，二级减压室中的气压降低，当压力小于二级弹簧预紧力时，在二级弹簧预紧力的作用下，二级膜片被压下，通过二级圆柱又带动二级杠杆动作，使二级阀门开度增大，进入二级减压室的CNG气体量又开始增多。二级阀门的开启与关闭由二级杠杆来控制，二级杠杆的动作由二级膜片位置决定，而二级膜片的位置由二级减压室压力、二级弹簧预紧力、三级减压室压力共同决定。西南石油大学本科毕业设计61.4.2.3 三级减压部分三级减压是为了进一步降低天然气的压力，使其接近负压。图1.3是三级减压、真空加浓和
25、怠速调整的原理图。经过两级减压的天然气通过三级阀门进入三级减压室。由于三级阀门的节流作用使CNG 气体的压力降至负压左右。接近负压的天然气由CNG燃料出口进入混合器。三级阀门的开启和关闭受到三级杠杆的作用，而三级杠杆的动作又受到真空膜片的位置（由真空膜片弹簧预紧力、进气管真空度及三级减压室压力决定）,三级膜片的位置（由三级减压室的压力、下盖室压力决定）、怠速调整螺钉及三级杠杆弹簧预紧力的共同作用。1.4.2.4 真空加浓部分它是设置在二级减压室上方的一个真空泵室，在一定的进气管真空度范围内增加进入气缸的天然气量，达到加浓混合气的目的。真空泵室通过一个真空管引入发动机的进气管真空度。当进气管真空
26、度增大时，真空膜片向上压缩真空弹簧，三级杠杆随之作用，加大三级阀门的开度，增加三级减压室中天然气的供给量。随着进气管真空度的增大，三级杠杆会压下助射阀阀芯，打开助射阀，使三级减压室同二级减压室膜片与阻尼板之间的小室连通，使二级减压室膜片与阻尼板间的压力降低，二级减压阀膜片在二级弹簧预紧力的作用下向下移动，通过二级圆柱又带动二级杠杆使二级阀门开度增加，增加 CNG 气体的进气量。调节助射阀螺钉可调整助射阀通道的截面，改变进气量。1.4.2.5 怠速调整部分图 1.3 三级减压、真空加浓和怠速调整原理天然气汽车供气系统减压装置设计7怠速工况的调整是通过旋动怠速调节螺钉实现的。向下旋动（顺时针）调节
27、螺钉，则推动压头使三级杠杆动作，减小三级阀门的开度，从而减小天然气的供给量；反之，向外旋动（逆时针）则使三级阀门开度增大，增加天然气的供给量。1.4.2.6 启动加浓部分图 1.4 启动加浓原理可在启动时向发动机额外提供天然气，以满足启动时发动机对混合气浓度的要求。原理如图 1.4 所示。在减压器主气道之外设置一旁通气道，旁通气道的接通与截断由起动电磁阀控制。启动时，起动电磁阀使旁通气道接通。CNG 气体由一级减压室直接进入三级减压室，增大了天然气的供给量，起动调整螺钉用于调整旁通气道进口截面的大小，可根据需要改变启动时 CNG 气体的供给量。1.4.3 减压阀的工作过程1.4.3.1 启动发
28、动机启动时，转速极低，混合器喉管处的气流速度及真空度都很低，因此，三级阀门的开度很小，吸出的CNG气体数量也很少。尤其在冷启动时，由于发动机温度很低，气缸内混合气过稀，难以保证其着火与燃烧。为保证顺利启动发动机，要求在启动时减压器供给较浓的混合气，完成这项任务的装置是起动电磁阀。发动机启动时，起动电磁阀接通，起动旁通气道打开，来自一级减压室的CNG气体经起动电磁阀的阀门和旁通气道直接进入三级减压室，通过燃料出口供给混合气，从而保证发动机的顺利着火运转。随着发动机转速的升高，混合器喉管中的真空度增加，三级减压室的阀门开度相应增大，从一级减压室、二级减压室送出的天西南石油大学本科毕业设计8然气增多
29、，可保证发动机稳定运转，起动电磁阀关闭，截断旁通气道。1.4.3.2 怠速工况发动机怠速运转时，由于节气门开度很小，转速又低，因此混合器喉管处的真空度很低，难以从减压器燃料出口吸出天然气，但怠速工况下节气门后面的真空度却很高，利用一真空管将此真空度引入真空泵室，节气门后的真空度越大，真空膜片压缩真空弹簧并带动三级阀门开启得越大，进入三级减压室的 CNG 便增多，这就满足了怠速工况对混合气的要求。1.4.3.3 一般运转工况在发动机运转过程中，随着节气门开度的增大及转速的升高，混合器喉管处的真空度也在不断的增大，这一真空度通过主通道传到三级减压室，使三级减压室的阀门开度增大，送出较多的天然气以满
30、足发动机的需要。1.4.3.4 瞬变工况汽车在运行过程中，由于路况的突变会引起发动机的转速和负荷的突然改变，从而导致喉管真空度发生变化，三级减压室的压力就会出现波动，此压力波动将会影响到三级阀门开度的大小，使三级减压室 CNG 供给量发生相应的变化，以满足发动机的需要，为了保证减压阀在发动机瞬变工况下的工作稳定性，减压阀中各运动零件的质量应较小。1.4.3.5 停机发动机停止工作后，混合器喉管处及节气门后的真空度均消失，三级膜片及真空膜片均在各弹簧预紧力的作用下处于平衡状态，三级阀门在三级杠杆弹簧的作用下关闭，停止向混合器供给天然气。天然气汽车供气系统减压装置设计92 设计方案的研究与选择2.
31、1 减压调节器的分类减压阀按其结构主要分为弹簧活塞式减压阀、弹簧膜片式减压阀、气腔控制活塞式减压阀和气腔控制膜片式减压阀；按多级减压室的组装方式可分为正压进气减压阀和负压进气减压阀；按减压方式可分为杠杆式减压阀和正负式弹簧减压阀；按是否用电动控制可分为机电控制式减压阀和机械控制式减压阀。2.2 方案选择2.2.1 方案一及其优缺点根据以上分析，采用三级减压，本方案拟采用三级减压，中压截止，负压进气，机械启动式。一级减压方式为杠杆减压，二级减压方式为正负弹簧减压。本方案的工作原理方框图如下：本方案的优点是结构紧凑，简单，铸造容易，高度小，体积小，零部件少。其缺点是不太安全，如果一级阀室损坏，高压
32、天然气会从安全阀中排泄到大气中，污染环境，如果不关闭手动截止阀，4.0MPa 左右的天然气长期作用在一、二级阀室，使阀室的弹簧、橡胶的使用寿命下降，而且正负压弹簧减压精度难以控制，需要较高的技术，因此可靠性较差。本方案还有一个缺点就是起动不方便，起动时需要用人工调节怠速旋钮。2.2.2 方案二及其优缺点根据以上分析，采用三级减压，本方案拟采用三级减压，高压截止，负压进气，西南石油大学本科毕业设计10一、二、三级减压方式都是采用杠杆减压，机动起动，组合式。本方案的工作原理方框图如下：此方案的优点是容易控制，精度高，起动容易，安全。其缺点是铸造难度大，体积大，零部件多，费用较高。2.2.3 设计方
33、案的选择经过对方案一和方案二的研究，本设计选择方案二，因为采用方案二可使减压阀操作简单，方便，而且，这种方案更加安全。但是在设计中，应该尽量降低铸造的难度，减少零部件的数量。天然气汽车供气系统减压装置设计113 总体方案设计3.1 一级减压阀的设计3.1.1 一级减压阀的工作原理一级减压阀为常开式减压阀，主要由阀座、阀芯、杠杆、膜片、弹簧、减压室等部分组成。该减压阀在未通入气体时，阀芯与阀口保持一定的间隙，通入高压气体时，随着阀室压力的升高，气体作用在膜片下方并克服膜片上方弹簧的压力使膜片及其芯子产生向上的动作，从而带动杠杆转动，使阀口关闭。当减压室的气体向二级减压阀输出后，压力降低，膜片及其
34、芯子下移，阀口打开，使高压气体再次进入一级阀室，如此反复，使减压阀在保证流量的基础上，出口压力稳定在一定的范围内。该减压阀的压力弹簧为不可调节式弹簧，如果要调节出口压力和流量，可调节杠杆上的调节螺钉或更换压力弹簧。3.1.2 一级减压阀阀室的设计为了密封的严密性，阀室的壁厚初选 5mm，由于初始气体压强在 2-20MPa 之间变化，气体对阀芯的冲击力在几十牛顿至几百牛顿之间变化，因此，阀室的内径不能取得太小，但是也没有必要取得太大，参考现有减压阀，初选 64mm。阀室的容积与阀室的高度有关，容积的大小，与气体变化快慢程度相关，因此，也要取得适当，再参照已有减压阀，初选 27mm。因为壳体及盖板
35、的实验应力为 0.8+0.1MPa，因此，对一级阀室的强度进行如下校核：（3-1）5d102hb一 级 一 级 一 级一 级 一 级式中， =5mm， =64mm， =27mm一 级 d一 级 一 级则=32 N/m2=3.2N/mm2561027410b5=63.7 N/mm2所以，阀室的强度满足要求。3.1.3 一级减压阀杠杆、弹簧与阀口的设计在设计阀口时，阀口不能取得太大，但也不能太小。阀口太大，流量难以控制，阀口太小，气体压强受到影响，因此，在参考了现有减压阀的设计之后，一级阀口西南石油大学本科毕业设计12的内径初选 4.0mm，外径初选 6.0mm，杠杆的长度初选 36mm，高度初选
36、 9.5mm。阀芯的最大行程初选 0.50.1mm，膜片到一级阀盖下壁的距离初选 25mm，上压板直径初选 40mm，厚度初选 3mm，则弹簧初始压缩后的长度初选为 22mm。因为该阀的最大流量可达 40m3/h，当气体初始压强为 2-20MPa 时，阀口的实际开度并不等于 0.50.1mm，只有当气体压强小于 1MPa 时，阀口开度才能达到0.50.1mm，此时，一级阀室的压强不能保持在原定范围，但其流量可达 40m3/h。天然气缝隙减压的压降与流量 q 的关系与其粘度有关，天然气粘度在不同压强状态下的值是不同的，下面对天然气在高压状况下的粘度进行计算（因为天然气的主要成份是甲烷，甲烷的含量
37、可高达 98，故在计算过程中，将天然气的物理性质以甲烷为准） 。根据烃类物理化学数据手册 822 页，关于高压下气体粘度的计算，（ ） =1.08 （3-2）0 1.85exp(1.439)exp()rr（3-3）crV（3-4）1634()cTMWP再根据烃类物理化学数据手册 896 页和 86 页查得关于甲烷的参数如下：绝对粘度 =109.95 10-7Pa s,0A临界压力 Pc=4604KPa=4604000/1.01325=46.04atm临界温度 =190.58K,T临界体积 =0.099 10-3m3/mol，cV分子量 MW=16.0139则计算得：=0.04671634190
38、.58()6.=7(109.5). 1.85.1.39.rree当天然气压强为 20MPa 时，=0.88420.9.4crV则，=7(109.5)0.46 1.851.4390.841.0.4. ee=1.08 （3.568-0.413）天然气汽车供气系统减压装置设计13=3.407109.572.6=182.9 P当天然气压强为 2MPa 时，=0.08840.92.4crV则，=7(109.5)0.46 1.851.4390.8-1.0.4.ee=1.08 （1.136-0.988）=0.1598-109.95=0.1598/0.0467=3.423=133.27P当天然气压强为 0.5
39、MPa 时，=0.022150.92.4crV则，=7(109.5).46 1.851.4390.21-.0.2.8ee=1.08 （1.0323-0.9991）=0.0359-109.95=0.769=110.72P当天然气压强为 0.3MPa 时，=0.0132630.92.4crV=7(109.5).46 1.851.390.26-1.0.326.8ee=1.08 （1.0193-0.9996）=0.0218-109.95=0.446=110.4P当天然气压强为 0.2MPa 时，=0.00884r 20.9.4cV西南石油大学本科毕业设计14=7(109.5).0461.851.439
40、0.84-1.0.4.ee=1.08 (1.0128-0.9998)=0.014-109.95=0.3=110.25P查液压与气动技术 946 页得气体流经平行圆环平面缝隙的质量流量为：（3-5）321()lnmhqrRT式中，r 1、r 2 为圆环的大、小半径，r 1=5.5mm，r 2=7.5mm气体常数 R=0.5183KJ/Kg K=518.3J/Kg K当 P1=20MPa，P2=0.5MPa 时，3212max7.4(0.5)40.7182917.536 83.lnh=0.039 m=0.0039mmmaxh40当 P1=2MPa，P2=0.5MPa 时， max327.1(0.5
41、)40.713277.536 831lnh=0.173 m=0.0173mmmaxh40气体从小孔流出流经两圆盘平面间的缝隙时，作用于圆盘的总压力公式为：（3-6）2211()lnaPFrr一当 =20MPa 时，高压天然气作用于阀芯的力为：1P 6632 3232.14(0.5)10.53.14(7.50)(7.0)(5.10)7lnaF 一=88.3125+2567.7=2656N当 =2MPa 时，高压天然气作用于阀芯的力为：1P天然气汽车供气系统减压装置设计156 632 3232.14(0.5)10.513.4(7.50)(7.0)(5.10)lnaF 一=88.3125+197.5
42、16=285.8N当 =20MPa， =0.32MPa 时，膜片芯子受膜片向上的推力为：1P2（3-7）FPAF一 芯 一 芯 有 效（3-8）214d21有 效 d（ -）4其中， 为阀室内径， 为上压板的直径2d1=64mm， =40mm 3232 323.4(60).4(01)40.1(0) 6A 有 效=3685 12m则， 6h38510alFF杠 杆一 芯 杠 杆（ .-）=810.7-700.9 2.=109.8N110N当 =20MPa， =0.55MPa 时，膜片芯子受膜片向上的推力为：1P2 FPAF一 芯 一 芯 有 效= 56h(.1)0381al杠 杆杠 杆=1685
43、.25-2656 9.=957.4N 957N当 =2MPa， =0.32MPa 时，膜片芯子受膜片向上的推力为：1P2 FPAF一 芯 一 芯 有 效= 6h38510al杠 杆杠 杆（ .2-1）西南石油大学本科毕业设计16=810.7-285.8 9.536=735.3N735N当 =2MPa， =0.55MPa 时，膜片芯子受膜片向上的推力为：1P2 FPAF一 芯 一 芯 有 效= 56h(.1)0381al杠 杆杠 杆= 9.28.7=1582.8N1583N通过以上计算可知，弹簧在 =20MPa， =0.32-0.55MPa 时的受力范围为1P2110N-957N；在 =2MPa
44、， =0.32-0.55MPa 时的受力范围为 735 N1583N。因1P2此，要保证 =2-20MPa 时， =0.3-0.55MPa 时，弹簧的受力范围必须在 735N-957N 范围内。在弹簧的设计中，试取初始压缩量 =2mm，所受压力 =160N， =4mm，11P2=454N，弹簧自由高度 =30mm。2PH弹 簧则，=2k1P= 4560=147N/mm当 =20MPa 时， =0.0039mm1Pmax1h又因为杠杆的长度 =36mm，高度 =9.5mm，l杠 杆 h杠 杆所以， =20MPa 时，弹簧在工作时的作用力变化值为：1=F360.9147.5=2.18N3N又因为阀
45、芯的行程 =0.5 0.01mm，膜片芯子的实际上移距离：l阀 芯 行 程 天然气汽车供气系统减压装置设计171l芯 子 变 动 360.51.89m所以，弹簧在 =220MPa， 最大时的受力为：0PP=maxF11lK芯 子 变 动= 60.892=311N弹簧在 =220MPa， 最小时的受力为：0P1PminaxF=311-3=308N根据对弹簧的设计，可算出在该弹簧的作用下，一级减压阀阀室的气体在 =2-0P20MPa 时的实际压力范围值。 5max1sa1.0FPA有 效= 563.8= Pa51.940minsi.1FPA有 效= 5638.05= Pa1.9通过以上计算，一级减
46、压弹簧可设计如下：自由高度 =30mm， =2mm， =160N， =4mm， =454N，10H11P1212P， ，中径 =18mm，总圈数为 5.5 圈，有效圈数为 3.5 圈，12.5mDd3.52D旋向右，热处理 HRC4550，弹簧表面不得有任何伤痕和毛刺，表面法兰处理。该弹簧的示意图如下图 3.1 所示：西南石油大学本科毕业设计18图 3.1 一级减压阀弹簧下面对该弹簧进行强度校核：根据机械设计手册 13 7-5 页，表 7.1-4 弹簧常用材料（摘自 GB/T1239.6-1992）弹簧材料选择阀门用油淬火回火碳素弹簧钢丝（GB4359 ）牌号为 65Mn，这类材料的性能是强度
47、高，性能好，用于内燃机阀门弹簧或类似用途弹簧，直径 2.0-6.0mm，而本设计的弹簧丝直径 d=3.5mm，满足要求；推荐温度范围为-40-150，而本设计的减压阀要求在-5-85，符合推荐温度范围。根据表 7.1-6 弹簧钢丝的抗拉强度 （摘自 GB/T1239.6-1992）直径为 3.5mm 的由该材料制成的弹簧的b=1422MPa，由 7-10 页的计算公式可得：旋绕比 C= = =5.14，满足 4C10 的要求；dD5.318曲度系数 K=(3-9)C6.04K= 1.5.=1.18+0.12=1.3由公式 7.1-3 pdKCFD238天然气汽车供气系统减压装置设计19式中，F
48、= =454-160=294N12P则, MPadKCF6.408)153(294.832再由 7-8 页表 7.1-8 弹簧的许用应力（摘自 GB/T1239.6-1992）可知，由淬火回火钢丝制成的压缩弹类（指受变载荷作用次数在 106 以上的弹簧）的许用切应力为（ 0.350.40） ，为了安全，取最小值 =0.35pbpb则,=0.35pb=0.351422=497.7MPa 因此， =408.6MPa，满足强度要求，此设计合理。p3.2 二级减压阀的设计3.2.1 二级减压阀的工作原理二级减压阀的工作原理与一级减压阀的工作原理基本一致，也属于常开式减压阀，利用缝隙进行减压，但也有一定
49、的不同的地方，二级减压阀的压力弹簧是钮簧，可调节，而杠杆是不可调节的，阀芯可实现微调。3.2.2 二级减压阀阀室及盖板、杠杆、上档板的设计二级阀室设计在壳体的背面，阀口内径 =5mm，阀口外径 =8mm。d二 级 阀 口 D二 级 阀 口二级阀室除了与一级阀室联通外，还与怠速阀阀室和三级阀阀室联通，二级阀室上面有阀盖，三级阀口设计在二级阀盖上。二级阀与一级阀一样，利用缝隙减压原理对其进行减压，二级阀膜片的实际受力并移动的面积与盖上 49 的孔面积相等。二级阀膜片上挡板直径 初选 31mm，杠杆在左端部分的转臂初选为 26.5mm，右2D下 档端部分的转臂长度初选为 16.5mm，即 =26.5mm， =16.
