在多年的实际工作中,发现氧气瓶的阀体保护帽、压力表与阀体的连接、及阀体的安全阀结构的设计不合理,在使用过程中容易造成瓶阀的损坏,引发安全事故。为此,对氧气瓶阀体保护帽、压力表与阀体的连接方式及阀体的安全阀结构进行了改进。
1.常见的氧气瓶损坏及危害
氧气能与很多元素直接化合,生成氧化物。氧气是燃烧和动植物呼吸所必需的气体,富氧空气用于医疗和高空飞行,纯氧用于炼钢和切割、焊接金属,液氧用做火箭发动机的氧化剂。由于氧气瓶是一种盛装助燃压缩气体的容器,压力高,装卸运输频繁,使用环境杂乱,往往使瓶中氧气处于不安全的状态,一旦发生氧气瓶爆炸事故,将会造成严重后果。
氧气瓶的使用频率不断加快,而现有的氧气瓶阀体保护帽、阀体结构的不合理,氧气压力表与阀体釆用螺纹连接,操作人员在使用过程中很容易损坏阀体与氧气压力表连接部分的螺纹丝扣,从而造成整个瓶阀报废。
操作人员在使用过程中将保护瓶阀的保护帽拆卸后,常常会忽视再将保护帽带上,导致在运输、装卸、使用过程中,造成阀体撞歪、折断,瓶内气体高速喷出,推动瓶阀和手轮高速前飞,造成人员伤亡事故。
阀体的安全阀釆用膜片式结构,操作人员在罐装氧气时,若擅自违章在安全阀中叠加膜片,就会造成充装氧气的压力超过安全极值（150MPa),使安全系数大大降低,罐装了满瓶气体的压力超过极限值时,氧气瓶可能会发生爆炸,造成严重后果。
若天气温度升高,气体不断膨胀,瓶内压力上升,会使安全保护膜损坏,造成整瓶氧气泄露，由此带来危害。如在野外施工时,若氧气瓶在太阳下曝晒,使瓶内气体温度升高,导致瓶内压力骤增,若氧气瓶本身存在缺陷,充装氧气过量或氧气瓶之间相互撞击,就有可能发生爆炸事故。因此,氧气瓶及其阀体、安全阀、阀体保护帽对生产安全有十分重要的作用。可见现有氧气瓶的阀体及保护帽和安全阀、阀体与压力表的连接式不合理,给氧气的使用带来安全隐患。为了解决这些问题,对氧气瓶阀体的安全阀结构、阀体保护帽结构进行了改进,对压力表与阀体连接方式进行了探讨。
2.阀体保护帽及其与压力表的连接
氧气瓶阀体保护帽用螺栓固定在瓶体上,操作人员使用瓶内氧气时,旋动螺杆球头顶针,使得扎栏与氧气压力表的对接管端面的凸形球头部分与阀体端口的凹陷球面相互包容、密封。在不使用氧气时,氧气压力表、扎栏与螺杆球头顶针可整体拆卸。
2.1改装后的氧气瓶阀体
如图1所示,改装后的氧气瓶阀体保护帽是扁形开口铸钢件。改进后,氧气瓶阀体保护帽在螺栓的作用下,能够永久性与氧气钢瓶坚固连接,这不仅可以保证阀体的使用寿命,还保证了满瓶氧气的钢瓶在运输过程中的安全,它的重量只有原钢瓶阀体保护帽重量的1/3。根据F>Q/[x],可计算出横断面积,从而设计氧气瓶阀体保护帽的壁厚。
2.2改装后扎栏、压力表与阀体的连接
（1）扎栏、氧气压力表与氧气瓶阀体连接的工作原理。当旋动螺杆球头顶针时,在连接扎栏的作用下,氧气压力表的对接管端面凸形球头部分与压力表阀体端口凹陷球面部分相互包容,密封。
（2）扎栏受力分析、断面设计。在使用氧气时，将氧气压力表与氧气瓶阀体连接后,扎栏只承受简单的轴向拉伸（见图2)。根据拉伸强度条件6=N/F[6],可以确定扎栏的横断面积FN/[a]材料釆用铸钢件)。式中A]为允许应力,[]=(Tq/n为极限应力N为轴向力。
(3)安全阀的工作原理。安全阀由防松螺帽6、螺帽7、锥形前阀座3、蝶形弹簧2、安全调压帽4、后阀座8、钢球5等组成（见图3)。
旋转安全调压帽4时,产生的压力传递给钢球5、后阀座8、蝶形弹簧2,然后推动锥形前阀座3,使前阀座外锥形面紧紧压住阀体1端口凹陷的内锥形面,而且使嵌入前锥形阀座3端头平面的填料又紧压在阀体1端口的出口平面,起到双层密闭气体的效果。阀体1与前锥阀座3密封见图4。调整后的压力达到了国家标定的额定压力,氧气瓶内的气压一旦超过国家标定的额定压力（安全阀调定的压力）时,气压将推动锥形前阀座3,将蝶形弹簧2压缩,压力通过阀体1端口的内径与锥形前阀座3、后阀座8及蝶形弹簧2的外径之间的间隙,再由安全调压螺帽4的端面液流口排出卸载；当超载压力卸载、平衡达到额定压力时,被压缩的蝶形弹簧2释放能量产生的反推力又将锥形前阀座3的外锥面推向阀体1端口的内锥形面,再一次密封。
(4)安全阀压力弹簧结构的选择与设计。由于安全阀的内空间有限,根据15MPa的标定压力,若釆用圆柱形弹簧,其体积较大,不合适。因此,根据阀体的安全阀端口内轴向空间小、载荷大的特点,釆用刚度大的蝶形弹簧。
3.改进后的阀体结构特点
改进后的阀体,氧气进出端口仍然保持原阀体端口螺纹丝扣的结构,这样在充装氧气过程中不会将另外类型的钢瓶（如氢气钢瓶,其螺纹丝扣的旋向与氧气瓶丝扣相反）作为氧气钢瓶使用，保证了充装气体时绝对安全度。
（1）为了防止钢瓶内的杂质随着氧气流到安全调压帽与后阀座端面之间,粘结、堵塞安全调压帽的液流口,在安全阀的调压帽与后阀座的两端面之间设置钢球,以确保安全阀的可靠性和灵敏度。
（2）在氧气瓶与瓶阀端口连接处的气流口中还安装了过滤网，当钢瓶内气体释放时,过滤网可将铁锈杂质堵在钢瓶内，既保证了释放气体的纯度,又保证了安全阀的密封度。
（3）为了保证在使用氧气时,不发生泄露,螺杆球头顶针球头部分压住压板,在压板与压板盖之间留调整间隙,当旋动螺杆球头顶针时,就可调整好氧气压力表的对接管端面凸形球头部分与螺杆球头顶针的同轴度,保证了压力表在使用过程中的密封度。
（4）由于改进后的阀体保护帽与钢瓶的连接不需拆卸,氧气瓶在运输或装卸过程中，阀体横断面不会直接受到外部冲击所产生的剪切力作用，只受到钢瓶内氧气纵向的拉伸力。因此,钢瓶与阀体连接部分的阀体根部壁厚比现有阀体根部的壁厚薄得多，仅原阀体根部壁厚的1/2。这样，在制造钢瓶阀体时，大大节省了原材料，降低了生产成本。
此外，还设计了一套组合式专用工具瘡筒、螺丝刀），利用该工具可以方便的对钢瓶阀的阀杆、阀芯拆卸修配，操作者在使用氧气时，也能便利的利用组合扳手拧紧扎栏旋动螺杆球头顶针或旋开氧气瓶阀阀杆，同时避免了由于扳手过长、扳手的杠杆力过大而产生的扭矩折断阀杆及连接保险片的现象。
4.结束语
氧气瓶阀体保护帽、安全阀结构、压力表与瓶阀连接方式的改进设计已向国家知识产权局申报了专利。如果能尽快的将这一改进付诸实施，不仅可带来经济效益，还可保证保证氧气在使用、运输、储存等过程中的安全。这些改进不仅适合氧气瓶，还适合各种高压无缝钢瓶(有毒及腐蚀气体钢瓶除外）。 |
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