[科普中国]-减压器

减压器是指把储存在氧气瓶内的高压氧气体，减压为气焊工作需要的低压氧的装置。由于气瓶内压力较高，而气焊和气割和使用点所需的压力却较小，所以需要用减压器来把储存在气瓶内的较高压力的气体降为低压气体，并应保证所需的工作压力自始至终保持稳定状态。总之，减压器是将高压气体降为低压气体、并保持输出气体的压力和流量稳定不变的调节装置。

作用和分类按介质可分为氧气减压器，乙炔减压器，氮气减压器，空气减压器，氩气减压器，氢气减压器，氦气减压器，二氧化碳减压器，丙烷减压器，天然气减压器和含有腐蚀性质的不锈钢减压器等。

按功能还可分为集中式和岗位式两类；按构造不同可分为单级式和双级式两类。

按工作原理不同可分为正作用式和反作用式两类。常见的国产减压器以单级反作用式和双级混合式（第一级为正作用式、第二级为反作用式）两类为主。1

构造和工作原理（1）813系列减压器的本体是由黄铜制成。两级减压与单级减压的构造基本相似，均由活门顶杆、调压弹簧、弹性薄膜装置、减压门等零部件组成。第一级减压系统主要用于将高压气体自动降为中压气体，降至压力为2MPa，然后送入第二级减压系统。在二级减压系统，当旋拧调压螺钉时，通过调压弹簧、弹性薄膜装置及活门顶杆，使减压活门作不同程度的开启和关闭，以用来调节第一减压系统送入的氧气的减压程度或停止供气。

（2）813型减压器进气接头处螺纹尺寸为23.4mm，接头的内孔尺寸为7mm，出气接头内径尺寸为4.8mm，其最大流量为40m3 /h。减压器本体上还装有高压氧气表和低压氧气表，分别指示高压气室（即氧气瓶内）和低压气室内的压力（即工作压力）。高压氧气表的量程为25MPa。低压氧气表的量程为0-1.6MPa。

使用813型减压器时，当顺时针旋拧调节螺钉时，可顶开减压活门，高压氧气便从缝隙中流入低压室。由于氧气在低压室内体积发生膨胀而使压力降低，即减压作用。

（3）813型双级式减压器进气接头螺母螺纹尺寸为G 5/8，接头的内径尺寸为7 mm，出气接头的内径尺寸可按不同需要选用5 mm或9 mm两种。在本体上安装的高压氧气表的量程为0-25MPa，低压氧气表的量程为0-1.6MPa。2

安全使用使用减压器应按下述规则执行：

(1)氧气瓶放气或开启减压器时动作必须缓慢。如果阀门开启速度过快，减压器工作部分的气体因受绝热压缩而温度大大提高，这样有可能使有机材料制成的零件如橡胶填料、橡胶薄膜纤维质衬垫着火烧坏，并可使减压器完全烧坏。另外，由于放气过快产生的静电火花以及减压器有油污等，也会引起着火燃烧烧坏减压器零件。3

(2)减压器安装前及开启气瓶阀时的注意事项：安装减压器之前，要略打瓶阀门，吹除污物，以防灰尘和水分带入减压器。在开启气瓶阀时，瓶阀出气口不得对准操作者或他人，以防高压气体突然冲出伤人。减压器出气口与气体橡胶管接头处必须用退过火的铁丝或卡箍拧紧；防止送气后脱开发生危险。

(3)减压器装卸及工作时的注意事项：装卸减压器时必须注意防止管接头丝扣滑牙，以免旋装不牢而射出。在工作过程中必须注意观察工作压力表的压力数值。停止工作时应先松开减压器的调压螺钉，再关闭氧气瓶阀，并把减压器内的气体慢慢放尽，这样，可以保护弹簧和减压活门免受损坏。工作结束后，应从气瓶上取下减压器，加以妥善保存。

(4)减压器必须定期校修，压力表必须定期检验。这样做是为了确保调压的可靠性和压力表读数的准确性。在使用中如发现减压器有漏气现象、压力表针动作不灵等，应及时维修。

(5)减压器冻结的处理。减压器在使用过程中如发现冻结，用热水或蒸汽解冻，绝不能用火焰或红铁烘烤。减压器加热后，必须吹掉其中残留的水分。

(6)减压器必须保持清洁。减压器上不得沾染油脂、污物，如有油脂，必须在擦拭干净后才能使用。

(7)各种气体的减压器及压力表不得调换使用，如用于氧气的减压器不能用于乙炔、石油气等系统中。

减压器动态仿真的有限体积模型研究背景减压器是利用节流原理工作的部件，其作用是使流入的高压气体降压至工作要求的值并稳定在一定的压力范围内。以往的减压器模型一般有两个特点，一是压力微分方程通常是基于对理想气体状态方程的求导并采用等熵过程假设或等温过程假设推导得到，而非从可压缩瞬变流一维守恒形式的能量方程推导得到，其模型的最终形式过多依赖于理想气体状态方程，二是通常侧重于仿真阀芯的节流和稳压作用，而对高、低压腔以外的其它腔室的作用考虑的相对较少。相关研究对某膜片式减压器动态特性进行了详细研究，但没有对阻尼腔和卸荷腔单独建模；针对某逆向卸荷式减压器的四个腔室建立了压力微分方程，但在推导上采用了等温过程假设。从可压缩瞬变流一维守恒形式的方程出发，通过引入空间位置交错的两种有限控制体积，提出了一维可压缩瞬变流的有限元状态变量模型，虽然称为有限元模型，推导采用的方法在一维情况下也可称为有限体积法，为拓宽模型的应用范围，通过对能量方程在低马赫数时的简化获得了管道分支和容腔的压力微分方程，其方程是针对体积恒定的容腔推导的，不适用于变体积容腔。

气体减压器数学模型图 1为某逆向卸荷膜片式减压器和某贮箱增压系统所用减压器的结构示意图，对前者进行了仿真，以下将以这两种减压器为例建立气体减压器的有限体积模型。

图 2为两种减压器的有限控制体积网格，其边界处为相连气体管道的边界网格，把减压器视为由高压腔、低压腔、阻尼腔和卸荷腔(或封闭腔 )四个气体容积组合而成，气体容积之间由局部流阻连接。由于阀芯直径远小于膜片直径，高压腔和低压腔的体积随阀芯的开合变化不大，可视为体积恒定的气体容积，阻尼腔和卸荷腔(或封闭腔)的体积随阀芯的开合变化较大，需要视为变体积气体容积。数学模型推导的基本思想：由于视减压器的四个腔室为气体容积，而气体容积模型中难以处理的状态参数是其速度项，因为对一个有多个入口和出口的容腔而言，不具备一个有确定值和明确物理意义的统一的速度，其中的流体必定是分区流动的，因此推导中采用压力、密度、节流处流量、入口流量、出口流量这些具有相对明确物理意义的物理量代替速度项的表达。

研究结论减压器建模和编程时采用了通用建模和编程方法，即按照一定的规则进行参数定义，仿真时只需要给出待仿真减压器的参数输入文件，通过减压器类型识别变量，程序即可对给定类型的减压器进行仿真。前面介绍的逆向卸荷膜片式减压器和贮箱增压系统所用减压器对应的类型识别变量分别为1和 2，对前者的仿真结果表明有限体积模型的稳态精度合乎工程需要；对后者的仿真获得了减压器各个腔室状态参数和阀芯开度的响应曲线，这些曲线不仅可以研究减压器的节流和稳压作用，而且可以研究动态过程中各个腔室状态参数的变化情况。可见，气体减压器的有限体积模型及其建模方法显示出良好的有效性和通用性,具有良好的应用前景，以后的工作是针对特定减压器进行仿真并与动态试验数据进行对比以验证模型的动态精度并修正模型参数(例如流量系数)。此外，减压器的建模过程表明相关研究提出的有限元状态变量模型适用于对复杂管网的建模，在液体火箭发动机系统仿真上具有广泛的应用前景。4

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所