The principle and design of valve upstream hotplate for preventing excessive flow leakage，and the application of the valve series products are discussed.

Key words：prevention from excessive flow leakage； valve upstream hotplate；ball valve；safety device

    随着我国燃气事业的发展，燃气用户快速增长，燃气用具有了长足的发展。随着镶嵌式灶具的普及和推广，大多数家庭私自将灶前阀移入灶具柜内，给家庭安全埋下重大隐患。由于部分灶前阀生产厂片面追求数量及降低成本，造成灶前阀材质不合格、加工精度低、密封性能差、使用寿命短等缺陷。加之近年来劣质胶管和塑料管被用户广泛使用，造成频繁发生因胶管脱落引发的燃气事故，燃气公司只能被动采取上胶管卡进行预防。据初步统计，胶管脱落已经成为引起燃气爆炸、中毒等家庭燃气事故的主要原因。因此，研究一种能有效防止胶管脱落事故的灶前阀迫在眉睫。

沈阳燃气技术开发有限公司在沈阳燃气股份有限公司的大力支持下，通过近1a的研发，成功研制出新型防超流量泄漏灶前阀及系列产品，对胶管脱落引起的燃气事故能起到有效的预防和控制作用。

1 防超流量泄漏灶前阀的原理和规格

1．1 理论分析

防超流量泄漏灶前阀主要由限流装置、铜球阀、密封件和传动件等部件组成，其中起到防泄漏作用的部件是限流装置。当胶管脱落时，通过阀门的燃气流量会突然增加，超过限流装置的预设流量，此时限流装置会自动关闭，阻断燃气，起到防止燃气泄漏的作用。限流装置的预设流量根据燃气气质不同而设定不同的值，以保证用户正常使用。

1．2 限流装置结构及原理

    ①限流装置结构

    限流装置结构见图1，主要由阀杆、弹簧、前端突起、支架、挡片和伞形骨架等组成。

 

Fig．1 Structure of flow-limiting device

    ②正常流通状态

    当用户正常使用燃气时，燃气对伞形骨架的作用力小于弹簧预压紧力，伞形骨架不发生位移，燃气在限流装置内阀杆端头伞形骨架与支架之间的间隙正常通过，阻力<50Pa。

    ③限流装置的关闭

    当与阀门连接的胶管脱落时，通过阀门的燃气流量瞬间增大，超过限流装置的预设流量，使燃气对伞形骨架的作用力大于弹簧预压紧力，伞形骨架带动阀杆向前移动，使伞形骨架与腔体端头内壁紧密贴紧，阻断燃气的通道，防止燃气的泄漏。

    ④限流装置关闭后的开启

    在阀门限流装置关闭后，重新连接脱落的胶管，关闭阀门的旋转开关，这时球体触碰到伞形骨架的前端突起，使伞形骨架脱离腔体，恢复开启状态。

1．3 灶前阀的规格

    根据燃气气质、灶前压力及灶具额定流量的不同，防超流量泄漏灶前阀设定了3种规格。

    ①1.2m³/h的阀门适用于低热值为33000kJ/m³以上的燃气；

    ②1.5m³/h的阀门适用于低热值为25000～33000kJ/m³的燃气；

③2.5m³/h的阀门适用于低热值为12500～25000kJ/m³的燃气。

2 阀门设计

    根据《家用手动燃气阀门》CJ/T 180—2003和铜制球阀的相关标准进行设计^[1～13]。

2．1 阀门形式的选择

用在低压燃气管道上的阀门主要有旋塞阀和球阀。旋塞阀可采用硬密封，使用寿命较长，耐高温，但旋塞阀的阀体密封加工工艺比较复杂，要求制造精度高，需要经过研磨加工，耗铜量大，铸铜阀体易发生微泄漏，且易发生金属粘合。球阀流阻小，结构高度小，国内加工能力成熟，密封性能好。经分析，最终确定灶前阀采用球阀。

2．2 带有限位加锁功能(童锁)

阀门需要按压旋钮才能开启，防止儿童意外开启阀门造成燃气泄漏事故。旋钮采用人性化设计，内凹曲面，手感轻快舒适。

2．3 材料及密封

    ①阀体整体采用59—1铅黄铜锻压成型。铅黄铜材质的特点是质地密实，切削性好，有良好的力学性能，对一般腐蚀有良好的稳定性，经热锻压能有效防止阀体毛细渗漏。

    ②非金属弹性密封材料采用聚四氟乙烯和燃气专用丁腈橡胶，适合各种燃气气质。

    ③阀座设计采用特殊结构，大幅提高使用寿命。该结构已申报国家专利，采用两道密封面密封，在密封面中间开设凹槽，在密封阀座后外加辅助压力。两道密封不但使密封面宽度减少，而且同等密封压力下密封压强成倍提高，因此密封效果比单一密封面更好；中间凹槽既起到存储密封润滑脂和减小操作扭矩的作用，又起到将管道燃气积存的渣滓暂存、清除的作用，使密封性能得到进一步的提高。因所需密封夹紧力降低，使得操作扭矩大大降低；密封阀座后外加辅助压力也大大提高了阀门使用寿命，经实际抽样检测，阀门在启闭2×10⁴次后(国家标准为6000次)泄漏量依然符合国家标准。

限流装置前端与阀门连接处采用2次橡胶密封。由于限流装置为聚甲醛塑料，与金属材料相比在加工后和装配时，易产生塑性变形，公差大。2次橡胶密封保证了限流装置在关闭后不漏气。

2．4 结构、尺寸及外观

    ①阀杆采用侧装(即内装式)结构，防止阀杆冲击脱离。在限流装置的安装位置确定了复位的尺寸，当密封球旋转关闭时能使限流装置恢复原正常流通状态。

    ②阀体壁厚按下列公式计算，然后对照日本《燃气阀门》JIS S 2120—1992标准校核、选取^[14]。

  式中δ——阀体计算壁厚，mm

      p——阀体最高工作压力，MPa

      d——阀门公称通径，mm

     σ——材料的许用应力，MPa

    经计算得δ=0.024mm，选取阀体设计最小壁厚为3mm，以满足使用要求。

    阀门其他尺寸设计按有关标准以及经济性和使用性确定。

③阀门的外表面镀铬，增加阀门耐磨性和美观性。

3 几种防超流量泄漏灶前阀产品

    根据各地区燃气使用情况和用户安装条件的不同，在研发的第一代防超流量泄漏灶前阀的基础型上，多次进行改进设计，已开发出8种形式的阀门，可以适应各种条件下硬管、软管等安装形式，提高产品的适用性。具体型号见表1。

表1 防超流量泄漏灶前阀型号

Tab．1 Types of valve upstream hotplate for preventing excessive flow leakage

4 结语

    ①在防超流量泄漏灶前阀的8种系列型号产品中，基础A型产品在2003年1月研制成功，已获得国家专利^[15]，销售价格在40元左右，已在沈阳、丹东、北京、锦州、山西、大连等地区大量使用，用户检查中未发现失效退化现象。

    ②防超流量泄漏灶前阀与一般的阀门相比，其自动的防泄漏功能受到业内人士和用户的一致好评，有效防止了因胶管脱落而引起燃气泄漏事故，给家庭燃气使用提供安全保证。

    ③在产品规格形式上，将根据全国各地燃气应用情况不断改型、改进，形成一个多元化的系列产品，来满足不同用户的需要。

参考文献：

[1]CJ/T 180—2003，家用手动燃气阀门[S]．
[2]GB/T 1047—1995，管道元件的公称通径[S]．
[3]GB/T 15185—1994，铁制和铜制球阀[S]．
[4]GB/T 191—2000，包装储运图示标志[S]．
[5]GB/T 1176—1987，铸造铜合金技术条件[S]．
[6]GB/T 7306—1987，用螺纹密封的管螺纹[S]．
[7]GB/T 12220—1989，通用阀门标志[S]．
[8]GB/T 13611—1992，城市燃气分类[S]．
[9]GB/T 13819—1992，铜合金铸件[S]．
[10]GB/T 13927—1992，通用阀门压力试验[S]．
[11]GB/T 16411—1996，家庭用燃气器具通用试验方法[S]．
[12]CJ/T 132—2001，家用燃气燃烧器具自动燃气阀[S]．
[13]CJ/T 3072—1998，家用燃气器具旋塞阀门总成[S]．
[14]JIS S 2120—1992，燃气阀门(日本)[S]．
[15]王宏伟，柳东洲，贾树岩，等．防超流量燃气泄漏安全阀[P]．中国专利：ZL 2005 2 0091307．3．2006—07—26