工作原理

為了更清楚地闡明調(diào)壓器的工作原理，有必要弄清楚這個問題：氣體安全燃燒應(yīng)具備什么條件？ 　固體燃料要安全燃燒，要具備兩個條件：一是適量的助燃氣體（空氣或氧氣），二是燃燒物質(zhì)保持一定的溫度（通常高于著火點）。

固體燃燒時，已燃部分對未燃部分的傳熱方式是傳導(dǎo)和輻射，燃燒方向是由外向其中心發(fā)展．固體燃燒時發(fā)生熱膨脹，體積變大，但變化不大，其位移幾乎為零。氣體燃燒時，已燃部分對未燃部分的傳熱方式，除了傳導(dǎo)和輻射外，增加了對流方式，燃燒方向是由中心向外發(fā)展。氣體燃燒時發(fā)生劇烈熱膨脹，其生成物的體積為燃燒前體積數(shù)百千倍，并以較快速度發(fā)生位移①．因此僅滿足上述的兩個條件，是無法使氣體安全燃燒的。

現(xiàn)代燃燒理論告訴我們，氣體安全燃燒還必須具備第三個條件，即維護一定大小的氣壓差，使燃氣的出氣速度等于燃燒速度。只有這樣，在一定范圍內(nèi)達到動態(tài)平衡，火焰就能維持穩(wěn)定狀態(tài)，從而實現(xiàn)氣體的安全燃燒。若出氣壓強過大，就會使出氣速度大于燃燒速度，造成火焰離開火孔一定距離燃燒，此現(xiàn)象術(shù)語叫做離焰。若燃氣壓強繼續(xù)上升，火焰將離火孔更遠處燃燒，火焰的穩(wěn)定性②遭到進一步破壞，火焰飄忽不定，直至最后完全熄滅，這種現(xiàn)象叫做。脫火時，燃氣會繼續(xù)外泄，在空氣中形成大量的有毒氣體或爆炸性氣體，極易引發(fā)事故；若燃氣壓強過小，會使燃燒速度大于出氣速度，造成火焰會進入火孔繼續(xù)燃燒，這現(xiàn)象叫做回火。回火時，形成缺氧狀態(tài)的不完全燃燒，產(chǎn)生大量有毒氣體，還會向外溢出石油氣，也極易引發(fā)事故。

經(jīng)工程技術(shù)人員大量實驗，不僅證實了氣體安全燃燒要維持一定氣壓差，而且還證實了不同成份的氣體，安全燃燒所需要的氣壓差并不相同。例如：人工煤氣，80—100mm水柱；液化石油氣，250—350mm水柱．前文提到的2940Pa正是這兩個數(shù)值的平均值。

讓我們回到調(diào)壓器原理上來。當我們打開鋼瓶上的角閥（即通氣開關(guān)）時，高壓石油氣通過進氣管沖開閥墊進入下氣室，隨著下氣室氣體的增多，下氣室壓強就會升高，逼使橡皮膜向上凸起。上氣室體積逐步變小，當上氣室壓強大于大氣壓時，室內(nèi)空氣從呼吸孔緩慢排出，完成了調(diào)壓器一次呼氣過程。在這一過程中，杠桿右端上移，左端則下壓，使進氣噴嘴逐步關(guān)閉，停止供氣，使下氣室壓強不再上升。

當打開燃氣爐開關(guān)后，由于燃氣向外輸出，下氣室壓強變小，橡皮膜下凹，帶動杠桿右端下移左端上動，閥墊開啟，高壓石油氣進入下氣室．在這一過程中，上氣室體積逐漸變大，當它的壓強小于外界大氣壓時，空氣從外經(jīng)呼吸孔進入上氣室，完成了調(diào)壓器一次吸氣過程。

因此，在爐具燃燒過程中，橡皮膜不停地上凸下凹，閥墊由杠桿帶動，也隨著不斷關(guān)閉開啟。在整個動態(tài)變化中，我們只要保證調(diào)壓器中的杠桿，它左、右兩力臂（注意左短右長的特點）之長，有一個合理的比例，加上橡皮膜與彈簧對杠桿右端，施加一個大小適當?shù)暮狭Γ湍茏岄y墊開啟時間遠小于關(guān)閉時間，并讓這兩段時間有一個恰當?shù)谋戎怠＿@個恰當比值，就保證了下氣室的氣壓，始終比上氣室大2940Pa左右。對于上氣室氣壓來講，可近似地認為就是當時外界的大氣壓值③．這樣就使燃氣離開火孔處的壓強，永遠比大氣壓值大2940Pa左右，燃氣在穩(wěn)定狀態(tài)下燃燒．這是調(diào)壓器設(shè)計上的第一個精妙之處。

第二個精妙之處，表現(xiàn)在呼吸孔的設(shè)計上，是那樣獨具匠心。一是呼吸孔為什么開鉆在上閥蓋的邊沿上？而不是開鉆在易于鉆孔的其它位置？二是呼吸孔直徑為0.8毫m，僅能穿過最小號的銹花針，孔徑為什么如此之小？

小孔開鉆在閥蓋的邊沿上，是為了讓它緊靠橡皮膜。如果下氣室氣壓過大，橡皮膜就向上凸起，立刻堵住呼吸孔，防止了上氣室中的空氣由呼吸孔向外排出。根據(jù)玻意耳特定律可知，被密閉在上氣室內(nèi)一定質(zhì)量的空氣，在體積變小的過程中，其壓強不斷變大。即是pV=常量．防止了橡皮膜因上下氣壓懸殊過大而破損，避免了因膜片破損造成石油氣外泄事故的發(fā)生。

呼吸孔直徑為0.8毫m，但孔深卻在1cm左右，這兒充分應(yīng)用了流體力學知識。流體在運動時，由于阻滯作用會存在內(nèi)摩擦力．孔洞面積越小，深度越大，內(nèi)摩擦力就越大，阻尼效果就明顯——每秒流量變小。這樣，上氣室在呼氣和吸氣時，有一個較長的時間過程，從而保證了在動態(tài)變化中，在石油氣增減壓強時，不是迅猛增加，也不是迅猛減少，就能讓火焰穩(wěn)定燃燒，體現(xiàn)了動態(tài)平衡的調(diào)節(jié)過程。