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氧氣呼吸器減壓器比較分析

作者:喬寧  來源:安全管理網 
評論: 更新日期:2019年07月17日

一、概述

減壓器是氧氣呼吸器的重要組成部分,是將高壓氧氣減壓為相對穩定中壓的一種裝置,是氧氣呼吸器的心臟,對減壓器各機構動作的穩定性、儀器的安全可靠性起決定作用。從目前了解的情況來看,不管是國內外各種型號的氧氣呼吸器減壓器,還是電焊用、醫用減壓器,其原理都是氣瓶中的氧氣通過一個根據輸入壓力和輸出壓力高低能自動調節出氣通道橫截面的大小的裝置來達到減壓目的,以保證基本穩定中壓的輸出。輸出壓力不受高壓端氧氣壓力大小的影響,輸出的中壓供定量孔、自動補給閥往呼吸系統供氧。

二、減壓器的工作原理與分類

減壓器按進氣方式及輸出壓力受輸入壓力的影響不同,可分為正作用式和反作用式減壓器;正作用式減壓器根據結構不同又可分為活塞式和隔膜式。按輸出壓力大小,使用者可否調整分為可調式和不可調式減壓器。

1 正作用活塞式減壓器工作原理與特點

1.1工作原理:當氧氣沒有進入減壓器時,調節彈簧與支撐彈簧處于平衡狀態,活塞下端閥門與噴嘴間存在一定的間隙。氣瓶開關打開時,氧氣經過通道噴嘴進入減壓器活塞下端。當減壓器膛室中的壓力升高到超過規定的中壓壓力時,活塞上端與下端在此壓力作用下,由于存在面積差,活塞下移,使活塞下端閥門與噴嘴間的間隙減小,則輸出的中壓減小。當自動肺開啟時,膛室內的壓力明顯降低,作用于活塞上下端的壓力降低,活塞上移,使閥門與噴嘴間的間隙增大,流量增加。當自動肺關閉時,膛室內中的壓力升高迅速增大,使活塞下移,活塞下端閥門與噴嘴間的間隙間隙減小,輸出的中壓減小。減壓器工作時,閥門與噴嘴間的間隙是不完全被封蓋的,這樣從減壓器膛室內連續不斷地流出定量的氧氣,系統處于動態平衡狀態, 亦即當閥門的閥座間隙增大時,氧氣流量加大;反之,氧氣流量減少。

1.2特點:減壓器活塞閥門的受力平衡公式為:K2·X2+P1·S3+P2·S1=K1·X1+P2·S2

式中:K1、K2:支撐彈簧、調節彈簧的彈性系數;

X1、X2:支撐彈簧、調節彈簧受壓縮長度;

P1、P2:高壓、中壓的氣體壓力;

S1、S2:活塞閥門下、上端的斷面積;

S3:噴嘴的斷面積。

則:P2=(K2·X2+P1·S3-K1·X1) ÷(S2-S1)

從公式中可以看出,當氧氣瓶內的壓力下降時,減壓器內的中壓就下降;但由于噴嘴的斷面積S3很小(﹤1mm2),因此,減壓器的特點是隨著氣瓶內的壓力的下降,輸出的中壓略微減小,即定量供氧量略微減小;反之,氧氣流量增大。

2 正作用隔膜式減壓器工作原理與特點

2.1工作原理:當氧氣沒有進入減壓器時,主膛室主彈簧與副膛室彈簧通過二根傳動桿處于平衡狀態,主膛室的閥門與噴嘴間存在一定的間隙。氣瓶開關打開時,氧氣經過通道噴嘴進入減壓器主、副膛室。當減壓器膛室中的壓力升高到超過規定的中壓壓力時,隔膜在此壓力作用下,壓縮調節彈簧,在主彈簧的作用下,閥門前移,使閥門與噴嘴間的間隙減小,則輸出的中壓減小。當自動肺開啟時,膛室內的壓力明顯降低,作用在隔膜上的氣體壓力明顯減小,隔膜在調節彈簧的作用下,通過多孔盤、傳動桿使閥門的間隙增大,流量增加。當自動肺關閉時,膛室內中的壓力迅速升高,隔膜在此壓力作用下,壓縮調節彈簧,使閥座與噴嘴間的間隙減小,輸出的中壓減小。減壓器工作時,閥門與噴嘴間的間隙是不完全被封蓋的,這樣從減壓器膛室內連續不斷地流出定量的氧氣,系統處于動態平衡狀態, 亦即當閥門的閥座間隙增大時,氧氣流量加大;反之,氧氣流量減少。

2.2特點:減壓器活塞閥門的受力平衡公式為:K1·X1+P2·S2+K3·X3=K2·X2+P1·S1

式中:K1、K2、K3:主彈簧、調節彈簧、隔膜的彈性系數;

X1、X2:主彈簧、調節彈簧受壓縮長度;

P1、P2:高壓、中壓的氣體壓力;

S1:隔膜有效受力面積;

X3:隔膜受壓縮后偏離原平衡位置的距離,向下為“+”,向上為“-”。則:

P2=(K2·X2-K1·X1-K3·X3+P1·S1) ÷S2

從公式中可以看出,當氧氣瓶內的壓力下降時,減壓器內的中壓就下降;但由于噴嘴的斷面積S3很小(﹤1mm2),因此,減壓器的特點是隨著氣瓶內的壓力的下降,輸出的中壓略微減小,即定量供氧量略微減小;反之,增大。

3 反作用式減壓器工作原理與特點

3.1工作原理:當氣瓶開關關閉,氧氣不再進入氧氣分配器時,調節彈簧通過圓盤和隔膜作用到閥桿螺母上,使閥門離開閥座。氣瓶開關打開時,氧氣經過分配器通道進入閥門組下端,再通過閥座與閥桿之間的間隙進入減壓器膛室。當減壓器膛室中的壓力升高到超過規定的中壓壓力時,隔膜在此壓力作用下,壓縮調節彈簧,在閥門彈簧的作用下,從而使閥桿抬高,將閥座與閥桿間的間隙減小或封閉。當自動肺開啟時,膛室內的壓力明顯降低,作用在隔膜上的氣體壓力明顯減小,隔膜在調節彈簧的作用下,壓向閥門閥桿,使閥門的間隙增大,流量增加。當自動肺關閉時,膛室內中的壓力迅速升高,隔膜在此壓力作用下,壓縮調節彈簧,使閥座與閥桿間的間隙減小,減壓器工作時,閥座是不完全被封蓋的,這樣從減壓器膛室內連續不斷地流出定量的氧氣,系統處于動態平衡狀態,亦即當閥門的閥座間隙增大時,氧氣流量加大;反之,氧氣流量減少。

3.2特點:減壓器閥門閥桿的受力平衡公式為:K2·X2=K1·X1+P1·S1+P2·S2+K3·X3

式中:K1、K2、K3:閥門彈簧、調節彈簧、隔膜的彈性系數;

X1、X2:是閥門彈簧、調節彈簧受壓縮長度;

P1、P2:高壓、中壓的氣體壓力;

S1:閥門閥桿的截面積;

S2:隔膜有效受力面積;

X3:隔膜受壓縮后偏離原平衡位置的距離,向下為“+”,向上為“-”。則:

P2=(K2·X2-K1·X1-P1·S1-K3·X3) ÷S2

從公式中可以看出,當氧氣瓶內的壓力下降時,減壓器內的壓力上升;但由于閥桿的截面積S1很小(﹤1mm2),因此,減壓器的特點是隨著氣瓶內的壓力的下降,輸出的壓力反而略微增高。即定量供氧量略微增大;反之,減小

三、減壓器的比較分析

1、正作用式與反作用式減壓器比較分析

正作用式減壓器是隨著氧氣瓶壓力的降低,其輸出的壓力隨之稍有降低,即定量供氧量也隨之稍微減小;反作用式減壓器是隨著氧氣瓶壓力的降低,其輸出的壓力反而稍有增高,即定量供氧量也隨之稍微增大。對在有毒、害氣體環境中工作的礦山救護隊指戰員來講,氧氣瓶中的氧氣就是生命的保障。氧氣儲量的多少決定著救護隊指戰員的安全與否,而定量供氧量的大小決定著氧氣瓶中的氧氣儲量的消耗快慢,在條件十分復雜危險的環境中,由于不確定因素很多,氧氣瓶中的氧氣有可能是在撤出災區后仍留在氣瓶中,也有可能是用來應付緊急情況的(如被堵在災區待救或呼吸器出現故障時)。此時,定量供氧量的大小對救護指戰員的安全就起到了決定性的作用,鑒于正作用式減壓器是隨著氧氣瓶壓力的降低,使定量供氧量稍微減小,因此,在安全性上優于反作用式減壓器。

2、活塞式與隔膜式減壓器的比較分析

正作用活塞式與隔膜式減壓器相比較。活塞式減壓器在設計時,活塞兩端的面積差較隔膜式大,受氣瓶壓力影響大,易造成輸出壓力不穩定,并且,在活塞運動時受到摩擦阻力作用,減小了減壓器的靈敏度,也造成壓力不穩定,而且,為了保證活塞二端氣路的隔阻,采用橡膠密封圈密封,活塞在上下移動摩擦和壓力作用下,密封圈容易損壞、串氣,造成減壓器不穩定甚至不工作,而隔膜式減壓器則不存在這些情況。因此,正作用隔膜式減壓器在穩定性和安全性方面優于活塞式減壓器。

3、可調式與不可調式減壓器比較分析

減壓器的可調與不可調是相對于使用者而言,各有其優缺點。在結構上設計成調整方便,允許使用者進行調整的減壓器稱為可調式減壓器;反之,在結構上設計成調整困難或不允許使用者進行調整,僅允許專業維修人員進行調整的減壓器稱為不可調式減壓器。AGH—4型 、AGH—2型、AHY—6型、HYZ4型氧氣呼吸器減壓器的輸出壓力是可調的,使用者可以通過對減壓器調節彈簧的調整,來調節減壓器(膛室內)輸出壓力大小,使定量供氧量達到規定要求。部件調整后需要鎖緊固定,而固定部件在受到運動、顛簸、氧氣壓力沖擊等情況時,其緊固狀態會受到一定的影響,造成固定部件松動,甚至脫落,使減壓器(膛室內)輸出壓力發生變化,最終導致氧氣呼吸器定量供氧量的不穩定。另外由于定量供氧量裝置的可調,該部分部件的調整必然因摩擦或不正確操作產生微量的金屬粉末,若不及時清除,就會造成金屬粉末對減壓器氧氣通道的堵塞,使減壓器動作穩定性降低,從而導致氧氣呼吸器定量供氧量不穩定或不符合規定標準。BG4型、Biopak—240型正壓氧氣呼吸器,其減壓器在設計上不允許使用者私自進行調整,相對而言定量供氧量是比較穩定的。事實上,無論各種型號的呼吸器,由于長期使用造成磨損和使用的氧氣中存在著微量的雜質等原因,均會造成其減壓器內存在一定數量的金屬粉末或污垢,堵塞氧氣通道及過濾網等,從而造成減壓器動作不穩定,使定量供氧量不符合儀器技術標準。因此,必須定期清洗或更換過濾網及其它部件。可調式減壓器由于其可調,很多使用者在定量供氧達不到要求時,由于清洗維護工作的繁瑣,就通過調節彈簧的伸縮程度來強制調高或調低減壓器的輸出壓力,使定量供氧量達到規定要求,而不進行正常的清洗維護,致使定量供氧忽高忽低,不穩定。經常強制調節,就給使用者造成一種錯誤理解,認為可調式較不可調式減壓器的穩定性差。實際上,不可調式減壓器同樣也存在定量供氧不穩定或不符合標準的問題,在此情況使用者只能通過更換零件(定量孔),使定量供氧達到標準要求,由于更換方便,較正常的清洗維護簡捷,就認為不可調式較可調式減壓器穩定。如我隊使用的美國進口的Biopak—240型氧氣呼吸器,使用數年來其定量孔每臺呼吸器平均更換一次以上,更換零件雖簡單、方便,但造成使用成本高。

通過以上對各類減壓器的比較分析,可以看出氧氣呼吸器的減壓器由于其工作原理有所不同,從而各有其特點,為使減壓器的工作狀態穩定,只有通過正常的維護保養、校驗、合理調整和正確使用,才能保證呼吸器減壓器的工作狀態的穩定,從而確保呼吸器定量供氧量的穩定,進而確保呼吸器的安全可靠性。

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