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(gè)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(gè)條件：一是適量的助燃?xì)怏w（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(diǎn)）。

固體燃燒時(shí)，已燃部分對(duì)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(shí)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(shí)，已燃部分對(duì)未燃部分的傳熱方式，除了傳導(dǎo)和輻射外，增加了對(duì)流方式，燃燒方向是由中心向外發(fā)展。氣體燃燒時(shí)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(gè)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(gè)條件，即維護(hù)一定大小的氣壓差，使燃?xì)獾某鰵馑俣鹊扔谌紵俣取Ｖ挥羞@樣，在一定范圍內(nèi)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，火焰就能維持穩(wěn)定狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)氣體的安全燃燒。若出氣壓強(qiáng)過大，就會(huì)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?xì)鈮簭?qiáng)繼續(xù)上升，火焰將離火孔更遠(yuǎn)處燃燒，火焰的穩(wěn)定性②遭到進(jìn)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(shí)，燃?xì)鈺?huì)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?xì)鈮簭?qiáng)過小，會(huì)使燃燒速度大于出氣速度，造成火焰會(huì)進(jìn)入火孔繼續(xù)燃燒，這現(xiàn)象叫做回火。回火時(shí)，形成缺氧狀態(tài)的不完全燃燒，產(chǎn)生大量有毒氣體，還會(huì)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(shí)驗(yàn)，不僅證實(shí)了氣體安全燃燒要維持一定氣壓差，而且還證實(shí)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(gè)數(shù)值的平均值。

讓我們回到調(diào)壓器原理上來。當(dāng)我們打開鋼瓶上的角閥（即通氣開關(guān)）時(shí)，高壓石油氣通過進(jìn)氣管沖開閥墊進(jìn)入下氣室，隨著下氣室氣體的增多，下氣室壓強(qiáng)就會(huì)升高，逼使橡皮膜向上凸起。上氣室體積逐步變小，當(dāng)上氣室壓強(qiáng)大于大氣壓時(shí)，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(jìn)氣噴嘴逐步關(guān)閉，停止供氣，使下氣室壓強(qiáng)不再上升。

當(dāng)打開燃?xì)鉅t開關(guān)后，由于燃?xì)庀蛲廨敵觯職馐覊簭?qiáng)變小，橡皮膜下凹，帶動(dòng)杠桿右端下移左端上動(dòng)，閥墊開啟，高壓石油氣進(jìn)入下氣室．在這一過程中，上氣室體積逐漸變大，當(dāng)它的壓強(qiáng)小于外界大氣壓時(shí)，空氣從外經(jīng)呼吸孔進(jìn)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(dòng)，也隨著不斷關(guān)閉開啟。在整個(gè)動(dòng)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(zhǎng)的特點(diǎn)）之長(zhǎng)，有一個(gè)合理的比例，加上橡皮膜與彈簧對(duì)杠桿右端，施加一個(gè)大小適當(dāng)?shù)暮狭Γ湍茏岄y墊開啟時(shí)間遠(yuǎn)小于關(guān)閉時(shí)間，并讓這兩段時(shí)間有一個(gè)恰當(dāng)?shù)谋戎怠＿@個(gè)恰當(dāng)比值，就保證了下氣室的氣壓，始終比上氣室大2940Pa左右。對(duì)于上氣室氣壓來講，可近似地認(rèn)為就是當(dāng)時(shí)外界的大氣壓值③．這樣就使燃?xì)怆x開火孔處的壓強(qiáng)，永遠(yuǎn)比大氣壓值大2940Pa左右，燃?xì)庠诜€(wěn)定狀態(tài)下燃燒．這是調(diào)壓器設(shè)計(jì)上的第一個(gè)精妙之處。

第二個(gè)精妙之處，表現(xiàn)在呼吸孔的設(shè)計(jì)上，是那樣獨(dú)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(hào)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(qiáng)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(xué)知識(shí)。流體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于阻滯作用會(huì)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(shí)，有一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間過程，從而保證了在動(dòng)態(tài)變化中，在石油氣增減壓強(qiáng)時(shí)，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(dòng)態(tài)平衡的調(diào)節(jié)過程。