氧氣瓶閥體保護帽結構及其與壓力表連接的方式探討
在多年的實際工作中,發(fā)現(xiàn)氧氣瓶的閥體保護帽、壓力表與閥體的連接、及閥體的 安全閥結構的設計不合理,在使用過程中容易造成瓶閥的損壞,引發(fā)安全事故。為此,對 氧氣瓶閥體保護帽、壓力表與閥體的連接方式及閥體的安全閥結構進行了改進。
1.常見的氧氣瓶損壞及危害
氧氣能與很多元素直接化合,生成氧化物。氧 氣是燃燒和動植物呼吸所必需的氣體,富氧空氣用 于醫(yī)療和高空飛行,純氧用于煉鋼和切割、焊接金 屬,液氧用做火箭發(fā)動機的氧化劑。由于氧氣瓶是 一種盛裝助燃壓縮氣體的容器,壓力高,裝卸運輸頻 繁,使用環(huán)境雜亂,往往使瓶中氧氣處于不安全的狀 態(tài),一旦發(fā)生氧氣瓶爆炸事故,將會造成嚴重后果。
氧氣瓶的使用頻率不斷加快,而現(xiàn)有的氧 氣瓶閥體保護帽、閥體結構的不合理,氧氣壓力表與 閥體釆用螺紋連接,操作人員在使用過程中很容易 損壞閥體與氧氣壓力表連接部分的螺紋絲扣,從而 造成整個瓶閥報廢。
操作人員在使用過程中將保護瓶閥的保護 帽拆卸后,常常會忽視再將保護帽帶上,導致在運 輸、裝卸、使用過程中,造成閥體撞歪、折斷,瓶內(nèi)氣 體高速噴出,推動瓶閥和手輪高速前飛,造成人員傷 亡事故。
閥體的安全閥釆用膜片式結構,操作人員 在罐裝氧氣時,若擅自違章在安全閥中疊加膜片,就 會造成充裝氧氣的壓力超過安全極值（150MPa),使 安全系數(shù)大大降低,罐裝了滿瓶氣體的壓力超過極 限值時,氧氣瓶可能會發(fā)生爆炸,造成嚴重后果。
若天氣溫度升高,氣體不斷膨脹,瓶內(nèi)壓力 上升,會使安全保護膜損壞,造成整瓶氧氣泄露，由 此帶來危害。如在野外施工時,若氧氣瓶在太陽下 曝曬,使瓶內(nèi)氣體溫度升高,導致瓶內(nèi)壓力驟增,若 氧氣瓶本身存在缺陷,充裝氧氣過量或氧氣瓶之間 相互撞擊,就有可能發(fā)生爆炸事故。因此,氧氣瓶及 其閥體、安全閥、閥體保護帽對生產(chǎn)安全有十分重要 的作用。可見現(xiàn)有氧氣瓶的閥體及保護帽和安全 閥、閥體與壓力表的連接式不合理,給氧氣的使用帶 來安全隱患。為了解決這些問題,對氧氣瓶閥體的 安全閥結構、閥體保護帽結構進行了改進,對壓力表 與閥體連接方式進行了探討。
2.閥體保護帽及其與壓力表的連接
氧氣瓶閥體保護帽用螺栓固定在瓶體上,操作 人員使用瓶內(nèi)氧氣時,旋動螺桿球頭頂針,使得扎欄 與氧氣壓力表的對接管端面的凸形球頭部分與閥體 端口的凹陷球面相互包容、密封。在不使用氧氣時, 氧氣壓力表、扎欄與螺桿球頭頂針可整體拆卸。
2. 1改裝后的氧氣瓶閥體
如圖1所示,改裝后的氧氣瓶閥體保護帽是扁 形開口鑄鋼件。改進后,氧氣瓶閥體保護帽在螺栓 的作用下,能夠永久性與氧氣鋼瓶堅固連接,這不僅 可以保證閥體的使用壽命,還保證了滿瓶氧氣的鋼 瓶在運輸過程中的安全,它的重量只有原鋼瓶閥體 保護帽重量的1/3。根據(jù)F > Q/[x],可計算出橫 斷面積,從而設計氧氣瓶閥體保護帽的壁厚。
2. 2改裝后扎欄、壓力表與閥體的連接
（1）扎欄、氧氣壓力表與氧氣瓶閥體連接的工 作原理。當旋動螺桿球頭頂針時,在連接扎欄的作 用下,氧氣壓力表的對接管端面凸形球頭部分與壓 力表閥體端口凹陷球面部分相互包容,密封。
（2）扎欄受力分析、斷面設計。在使用氧氣時， 將氧氣壓力表與氧氣瓶閥體連接后,扎欄只承受簡 單的軸向拉伸（見圖2)。根據(jù)拉伸強度條件6 = N/F ^ [ 6],可以確定扎欄的橫斷面積F ^ N/[a ]材料釆用鑄鋼件)。式中A ]為允許應力, [^ ] = (Tq /n ; 為極限應力;N為軸向力。
(3)安全閥的工作原理。安全閥由防松螺帽 6、螺帽7、錐形前閥座3、蝶形彈簧2、安全調壓帽4、 后閥座8、鋼球5等組成（見圖3)。
旋轉安全調壓帽4時,產(chǎn)生的壓力傳遞給鋼球 5、后閥座8、蝶形彈簧2,然后推動錐形前閥座3,使 前閥座外錐形面緊緊壓住閥體1端口凹陷的內(nèi)錐形 面,而且使嵌入前錐形閥座3端頭平面的填料又緊 壓在閥體1端口的出口平面,起到雙層密閉氣體的 效果。閥體1與前錐閥座3密封見圖4。調整后的 壓力達到了國家標定的額定壓力,氧氣瓶內(nèi)的氣壓 一旦超過國家標定的額定壓力（安全閥調定的壓 力）時,氣壓將推動錐形前閥座3,將蝶形彈簧2壓 縮,壓力通過閥體1端口的內(nèi)徑與錐形前閥座3、后 閥座8及蝶形彈簧2的外徑之間的間隙,再由安全 調壓螺帽4的端面液流口排出卸載；當超載壓力卸 載、平衡達到額定壓力時,被壓縮的蝶形彈簧2釋放 能量產(chǎn)生的反推力又將錐形前閥座3的外錐面推向 閥體1端口的內(nèi)錐形面,再一次密封。
(4)安全閥壓力彈簧結構的選擇與設計。由于 安全閥的內(nèi)空間有限,根據(jù)15 MPa的標定壓力,若 釆用圓柱形彈簧,其體積較大,不合適。因此,根據(jù) 閥體的安全閥端口內(nèi)軸向空間小、載荷大的特點,釆 用剛度大的蝶形彈簧。
改進后的閥體,氧氣進出端口仍然保持原閥體 端口螺紋絲扣的結構,這樣在充裝氧氣過程中不會 將另外類型的鋼瓶（如氫氣鋼瓶,其螺紋絲扣的旋 向與氧氣瓶絲扣相反）作為氧氣鋼瓶使用，保證了 充裝氣體時絕對安全度。
（1）為了防止鋼瓶內(nèi)的雜質隨著氧氣流到安全 調壓帽與后閥座端面之間,粘結、堵塞安全調壓帽的 液流口 ,在安全閥的調壓帽與后閥座的兩端面之間 設置鋼球,以確保安全閥的可靠性和靈敏度。
（2）在氧氣瓶與瓶閥端口連接處的氣流口中還 安裝了過濾網(wǎng)，當鋼瓶內(nèi)氣體釋放時,過濾網(wǎng)可將鐵 銹雜質堵在鋼瓶內(nèi)，既保證了釋放氣體的純度,又保 證了安全閥的密封度。
（3）為了保證在使用氧氣時,不發(fā)生泄露,螺桿 球頭頂針球頭部分壓住壓板,在壓板與壓板蓋之間 留調整間隙,當旋動螺桿球頭頂針時,就可調整好氧 氣壓力表的對接管端面凸形球頭部分與螺桿球頭頂 針的同軸度,保證了壓力表在使用過程中的密封度。
（4）由于改進后的閥體保護帽與鋼瓶的連接不 需拆卸,氧氣瓶在運輸或裝卸過程中，閥體橫斷面不 會直接受到外部沖擊所產(chǎn)生的剪切力作用，只受到 鋼瓶內(nèi)氧氣縱向的拉伸力。因此,鋼瓶與閥體連接 部分的閥體根部壁厚比現(xiàn)有閥體根部的壁厚薄得多，僅原閥體根部壁厚的1/2。這樣，在制造鋼瓶閥 體時，大大節(jié)省了原材料，降低了生產(chǎn)成本。
此外，還設計了一套組合式專用工具瘡筒、螺 絲刀），利用該工具可以方便的對鋼瓶閥的閥桿、閥 芯拆卸修配，操作者在使用氧氣時，也能便利的利用 組合扳手擰緊扎欄旋動螺桿球頭頂針或旋開氧氣瓶 閥閥桿，同時避免了由于扳手過長、扳手的杠桿力過 大而產(chǎn)生的扭矩折斷閥桿及連接保險片的現(xiàn)象。
4.結束語
氧氣瓶閥體保護帽、安全閥結構、壓力表與瓶閥 連接方式的改進設計已向國家知識產(chǎn)權局申報了專利。如果能盡快的將這一改進付諸實施，不僅可帶 來經(jīng)濟效益，還可保證保證氧氣在使用、運輸、儲存 等過程中的安全。這些改進不僅適合氧氣瓶，還適 合各種高壓無縫鋼瓶(有毒及腐蝕氣體鋼瓶除外）。
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