氧氣瓶閥體保護(hù)帽結(jié)構(gòu)及其與壓力表連接的方式探討
在多年的實(shí)際工作中,發(fā)現(xiàn)氧氣瓶的閥體保護(hù)帽、壓力表與閥體的連接、及閥體的 安全閥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不合理,在使用過(guò)程中容易造成瓶閥的損壞,引發(fā)安全事故。為此,對(duì) 氧氣瓶閥體保護(hù)帽、壓力表與閥體的連接方式及閥體的安全閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。
1.常見(jiàn)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(dòng)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(dòng)機(jī)的氧化劑。由于氧氣瓶是 一種盛裝助燃?jí)嚎s氣體的容器,壓力高,裝卸運(yùn)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(huì)造成嚴(yán)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(hù)帽、閥體結(jié)構(gòu)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(guò)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(gè)瓶閥報(bào)廢。
操作人員在使用過(guò)程中將保護(hù)瓶閥的保護(hù) 帽拆卸后,常常會(huì)忽視再將保護(hù)帽帶上,導(dǎo)致在運(yùn) 輸、裝卸、使用過(guò)程中,造成閥體撞歪、折斷,瓶?jī)?nèi)氣 體高速?lài)姵?/span>,推動(dòng)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(jié)構(gòu),操作人員 在罐裝氧氣時(shí),若擅自違章在安全閥中疊加膜片,就 會(huì)造成充裝氧氣的壓力超過(guò)安全極值（150MPa),使 安全系數(shù)大大降低,罐裝了滿(mǎn)瓶氣體的壓力超過(guò)極 限值時(shí),氧氣瓶可能會(huì)發(fā)生爆炸,造成嚴(yán)重后果。
若天氣溫度升高,氣體不斷膨脹,瓶?jī)?nèi)壓力 上升,會(huì)使安全保護(hù)膜損壞,造成整瓶氧氣泄露，由 此帶來(lái)危害。如在野外施工時(shí),若氧氣瓶在太陽(yáng)下 曝曬,使瓶?jī)?nèi)氣體溫度升高,導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)壓力驟增,若 氧氣瓶本身存在缺陷,充裝氧氣過(guò)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(hù)帽對(duì)生產(chǎn)安全有十分重要 的作用。可見(jiàn)現(xiàn)有氧氣瓶的閥體及保護(hù)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(lái)安全隱患。為了解決這些問(wèn)題,對(duì)氧氣瓶閥體的 安全閥結(jié)構(gòu)、閥體保護(hù)帽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),對(duì)壓力表 與閥體連接方式進(jìn)行了探討。
2.閥體保護(hù)帽及其與壓力表的連接
氧氣瓶閥體保護(hù)帽用螺栓固定在瓶體上,操作 人員使用瓶?jī)?nèi)氧氣時(shí),旋動(dòng)螺桿球頭頂針,使得扎欄 與氧氣壓力表的對(duì)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(shí), 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(hù)帽是扁 形開(kāi)口鑄鋼件。改進(jìn)后,氧氣瓶閥體保護(hù)帽在螺栓 的作用下,能夠永久性與氧氣鋼瓶堅(jiān)固連接,這不僅 可以保證閥體的使用壽命,還保證了滿(mǎn)瓶氧氣的鋼 瓶在運(yùn)輸過(guò)程中的安全,它的重量只有原鋼瓶閥體 保護(hù)帽重量的1/3。根據(jù)F > Q/[x],可計(jì)算出橫 斷面積,從而設(shè)計(jì)氧氣瓶閥體保護(hù)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(dāng)旋動(dòng)螺桿球頭頂針時(shí),在連接扎欄的作 用下,氧氣壓力表的對(duì)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(shè)計(jì)。在使用氧氣時(shí)， 將氧氣壓力表與氧氣瓶閥體連接后,扎欄只承受簡(jiǎn) 單的軸向拉伸（見(jiàn)圖2)。根據(jù)拉伸強(qiáng)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(yīng)力, [^ ] = (Tq /n ; 為極限應(yīng)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(diào)壓帽4、 后閥座8、鋼球5等組成（見(jiàn)圖3)。
旋轉(zhuǎn)安全調(diào)壓帽4時(shí),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(dòng)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(jiàn)圖4。調(diào)整后的 壓力達(dá)到了國(guó)家標(biāo)定的額定壓力,氧氣瓶?jī)?nèi)的氣壓 一旦超過(guò)國(guó)家標(biāo)定的額定壓力（安全閥調(diào)定的壓 力）時(shí),氣壓將推動(dòng)錐形前閥座3,將蝶形彈簧2壓 縮,壓力通過(guò)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(diào)壓螺帽4的端面液流口排出卸載；當(dāng)超載壓力卸 載、平衡達(dá)到額定壓力時(shí),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(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)。由于 安全閥的內(nèi)空間有限,根據(jù)15 MPa的標(biāo)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(diǎn),釆 用剛度大的蝶形彈簧。
3.改進(jìn)后的閥體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
改進(jìn)后的閥體,氧氣進(jìn)出端口仍然保持原閥體 端口螺紋絲扣的結(jié)構(gòu),這樣在充裝氧氣過(guò)程中不會(huì) 將另外類(lèi)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(shí)絕對(duì)安全度。
（1）為了防止鋼瓶?jī)?nèi)的雜質(zhì)隨著氧氣流到安全 調(diào)壓帽與后閥座端面之間,粘結(jié)、堵塞安全調(diào)壓帽的 液流口 ,在安全閥的調(diào)壓帽與后閥座的兩端面之間 設(shè)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(guò)濾網(wǎng)，當(dāng)鋼瓶?jī)?nèi)氣體釋放時(shí),過(guò)濾網(wǎng)可將鐵 銹雜質(zhì)堵在鋼瓶?jī)?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(shí),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(diào)整間隙,當(dāng)旋動(dòng)螺桿球頭頂針時(shí),就可調(diào)整好氧 氣壓力表的對(duì)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(guò)程中的密封度。
（4）由于改進(jìn)后的閥體保護(hù)帽與鋼瓶的連接不 需拆卸,氧氣瓶在運(yùn)輸或裝卸過(guò)程中，閥體橫斷面不 會(huì)直接受到外部沖擊所產(chǎn)生的剪切力作用，只受到 鋼瓶?jī)?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(shí)，大大節(jié)省了原材料，降低了生產(chǎn)成本。
此外，還設(shè)計(jì)了一套組合式專(zhuān)用工具瘡?fù)?、?/span> 絲刀），利用該工具可以方便的對(duì)鋼瓶閥的閥桿、閥 芯拆卸修配，操作者在使用氧氣時(shí)，也能便利的利用 組合扳手?jǐn)Q緊扎欄旋動(dòng)螺桿球頭頂針或旋開(kāi)氧氣瓶 閥閥桿，同時(shí)避免了由于扳手過(guò)長(zhǎng)、扳手的杠桿力過(guò) 大而產(chǎn)生的扭矩折斷閥桿及連接保險(xiǎn)片的現(xiàn)象。
4.結(jié)束語(yǔ)
氧氣瓶閥體保護(hù)帽、安全閥結(jié)構(gòu)、壓力表與瓶閥 連接方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)已向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申報(bào)了專(zhuān)利。如果能盡快的將這一改進(jìn)付諸實(shí)施，不僅可帶 來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，還可保證保證氧氣在使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存 等過(guò)程中的安全。這些改進(jìn)不僅適合氧氣瓶，還適 合各種高壓無(wú)縫鋼瓶(有毒及腐蝕氣體鋼瓶除外）。
