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)氣體高速噴出,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�？梢�(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FN/[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)15MPa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)�、螺絲刀），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）。