氧气呼吸器减压器分类与比较分析

一、概述
减压器是氧气呼吸器的重要组成部分，是将高压氧气减压为相对稳定中压的一种装置，是氧气呼吸器的心脏，对减压器各机构动作的稳定性、仪器的安全可靠性起决定作用。从目前了解的情况来看，不管是国内外各种型号的氧气呼吸器减压器，还是电焊用、医用减压器，其原理都是气瓶中的氧气通过一个根据输入压力和输出压力高低能自动调节出气通道横截面的大小的装置来达到减压目的，以保证基本稳定中压的输出。输出压力不受高压端氧气压力大小的影响，输出的中压供定量孔、自动补给阀往呼吸系统供氧。
二、减压器的工作原理与分类
减压器按进气方式及输出压力受输入压力的影响不同，可分为正作用式和反作用式减压器；正作用式减压器根据结构不同又可分为活塞式和隔膜式。按输出压力大小，使用者可否调整分为可调式和不可调式减压器。
1 正作用活塞式减压器工作原理与特点
1.1工作原理：当氧气没有进入减压器时，调节弹簧与支撑弹簧处于平衡状态，活塞下端阀门与喷嘴间存在一定的间隙。气瓶开关打开时，氧气经过通道喷嘴进入减压器活塞下端。当减压器膛室中的压力升高到超过规定的中压压力时，活塞上端与下端在此压力作用下，由于存在面积差，活塞下移，使活塞下端阀门与喷嘴间的间隙减小，则输出的中压减小。当自动肺开启时，膛室内的压力明显降低，作用于活塞上下端的压力降低，活塞上移，使阀门与喷嘴间的间隙增大，流量增加。当自动肺关闭时，膛室内中的压力升高迅速增大，使活塞下移，活塞下端阀门与喷嘴间的间隙间隙减小，输出的中压减小。减压器工作时，阀门与喷嘴间的间隙是不完全被封盖的，这样从减压器膛室内连续不断地流出定量的氧气，系统处于动态平衡状态， 亦即当阀门的阀座间隙增大时，氧气流量加大；反之，氧气流量减少。
1.2特点：减压器活塞阀门的受力平衡公式为：K2·X2+P1·S3+P2·S1=K1·X1+P2·S2
式中：K1、K2：支撑弹簧、调节弹簧的弹性系数；
X1、X2：支撑弹簧、调节弹簧受压缩长度；
P1、P2：高压、中压的气体压力；
S1、S2：活塞阀门下、上端的断面积；
S3：喷嘴的断面积。
则：P2=(K2·X2+P1·S3-K1·X1) ÷(S2-S1)
从公式中可以看出，当氧气瓶内的压力下降时，减压器内的中压就下降；但由于喷嘴的断面积S3很小(﹤1mm2)，因此，减压器的特点是随着气瓶内的压力的下降，输出的中压略微减小，即定量供氧量略微减小；反之，氧气流量增大。
2 正作用隔膜式减压器工作原理与特点
2.1工作原理：当氧气没有进入减压器时，主膛室主弹簧与副膛室弹簧通过二根传动杆处于平衡状态，主膛室的阀门与喷嘴间存在一定的间隙。气瓶开关打开时，氧气经过通道喷嘴进入减压器主、副膛室。当减压器膛室中的压力升高到超过规定的中压压力时，隔膜在此压力作用下，压缩调节弹簧，在主弹簧的作用下，阀门前移，使阀门与喷嘴间的间隙减小，则输出的中压减小。当自动肺开启时，膛室内的压力明显降低，作用在隔膜上的气体压力明显减小，隔膜在调节弹簧的作用下，通过多孔盘、传动杆使阀门的间隙增大，流量增加。当自动肺关闭时，膛室内中的压力迅速升高，隔膜在此压力作用下，压缩调节弹簧，使阀座与喷嘴间的间隙减小，输出的中压减小。减压器工作时，阀门与喷嘴间的间隙是不完全被封盖的，这样从减压器膛室内连续不断地流出定量的氧气，系统处于动态平衡状态， 亦即当阀门的阀座间隙增大时，氧气流量加大；反之，氧气流量减少。
2.2特点：减压器活塞阀门的受力平衡公式为：K1·X1+P2·S2+K3·X3=K2·X2+P1·S1
式中：K1、K2、K3：主弹簧、调节弹簧、隔膜的弹性系数；
X1、X2：主弹簧、调节弹簧受压缩长度；
P1、P2：高压、中压的气体压力；
S1：隔膜有效受力面积；
X3：隔膜受压缩后偏离原平衡位置的距离，向下为“+”，向上为“-”。则：
P2=(K2·X2-K1·X1-K3·X3+P1·S1) ÷S2
从公式中可以看出，当氧气瓶内的压力下降时，减压器内的中压就下降；但由于喷嘴的断面积S3很小(﹤1mm2)，因此，减压器的特点是随着气瓶内的压力的下降，输出的中压略微减小，即定量供氧量略微减小；反之，增大。
3 反作用式减压器工作原理与特点
3.1工作原理：当气瓶开关关闭，氧气不再进入氧气分配器时，调节弹簧通过圆盘和隔膜作用到阀杆螺母上，使阀门离开阀座。气瓶开关打开时，氧气经过分配器通道进入阀门组下端，再通过阀座与阀杆之间的间隙进入减压器膛室。当减压器膛室中的压力升高到超过规定的中压压力时，隔膜在此压力作用下，压缩调节弹簧，在阀门弹簧的作用下，从而使阀杆抬高，将阀座与阀杆间的间隙减小或封闭。当自动肺开启时，膛室内的压力明显降低，作用在隔膜上的气体压力明显减小，隔膜在调节弹簧的作用下，压向阀门阀杆，使阀门的间隙增大，流量增加。当自动肺关闭时，膛室内中的压力迅速升高，隔膜在此压力作用下，压缩调节弹簧，使阀座与阀杆间的间隙减小，减压器工作时，阀座是不完全被封盖的，这样从减压器膛室内连续不断地流出定量的氧气，系统处于动态平衡状态，亦即当阀门的阀座间隙增大时，氧气流量加大；反之，氧气流量减少。
3.2特点：减压器阀门阀杆的受力平衡公式为：K2·X2=K1·X1+P1·S1+P2·S2+K3·X3
式中：K1、K2、K3：阀门弹簧、调节弹簧、隔膜的弹性系数；
X1、X2：是阀门弹簧、调节弹簧受压缩长度；
P1、P2：高压、中压的气体压力；
S1：阀门阀杆的截面积；
S2：隔膜有效受力面积；
X3：隔膜受压缩后偏离原平衡位置的距离，向下为“+”，向上为“-”。则：
P2=(K2·X2-K1·X1-P1·S1-K3·X3) ÷S2
从公式中可以看出，当氧气瓶内的压力下降时，减压器内的压力上升；但由于阀杆的截面积S1很小(﹤1mm2)，因此，减压器的特点是随着气瓶内的压力的下降，输出的压力反而略微增高。即定量供氧量略微增大；反之，减小
三、减压器的比较分析
1、正作用式与反作用式减压器比较分析
正作用式减压器是随着氧气瓶压力的降低，其输出的压力随之稍有降低，即定量供氧量也随之稍微减小；反作用式减压器是随着氧气瓶压力的降低，其输出的压力反而稍有增高，即定量供氧量也随之稍微增大。对在有毒、害气体环境中工作的矿山救护队指战员来讲，氧气瓶中的氧气就是生命的保障。氧气储量的多少决定着救护队指战员的安全与否，而定量供氧量的大小决定着氧气瓶中的氧气储量的消耗快慢，在条件十分复杂危险的环境中，由于不确定因素很多，氧气瓶中的氧气有可能是在撤出灾区后仍留在气瓶中，也有可能是用来应付紧急情况的(如被堵在灾区待救或呼吸器出现故障时)。此时，定量供氧量的大小对救护指战员的安全就起到了决定性的作用，鉴于正作用式减压器是随着氧气瓶压力的降低，使定量供氧量稍微减小，因此，在安全性上优于反作用式减压器。
2、活塞式与隔膜式减压器的比较分析
正作用活塞式与隔膜式减压器相比较。活塞式减压器在设计时，活塞两端的面积差较隔膜式大，受气瓶压力影响大，易造成输出压力不稳定，并且，在活塞运动时受到摩擦阻力作用，减小了减压器的灵敏度，也造成压力不稳定，而且，为了保证活塞二端气路的隔阻，采用橡胶密封圈密封，活塞在上下移动摩擦和压力作用下，密封圈容易损坏、串气，造成减压器不稳定甚至不工作，而隔膜式减压器则不存在这些情况。因此，正作用隔膜式减压器在稳定性和安全性方面优于活塞式减压器。
3、可调式与不可调式减压器比较分析
减压器的可调与不可调是相对于使用者而言，各有其优缺点。在结构上设计成调整方便，允许使用者进行调整的减压器称为可调式减压器；反之，在结构上设计成调整困难或不允许使用者进行调整，仅允许专业维修人员进行调整的减压器称为不可调式减压器。AGH—4型 、AGH—2型、AHY—6型、HYZ4型氧气呼吸器减压器的输出压力是可调的，使用者可以通过对减压器调节弹簧的调整，来调节减压器（膛室内）输出压力大小，使定量供氧量达到规定要求。部件调整后需要锁紧固定，而固定部件在受到运动、颠簸、氧气压力冲击等情况时，其紧固状态会受到一定的影响，造成固定部件松动，甚至脱落，使减压器（膛室内）输出压力发生变化，最终导致氧气呼吸器定量供氧量的不稳定。另外由于定量供氧量装置的可调，该部分部件的调整必然因摩擦或不正确操作产生微量的金属粉末，若不及时清除，就会造成金属粉末对减压器氧气通道的堵塞，使减压器动作稳定性降低，从而导致氧气呼吸器定量供氧量不稳定或不符合规定标准。BG4型、Biopak—240型正压氧气呼吸器，其减压器在设计上不允许使用者私自进行调整，相对而言定量供氧量是比较稳定的。事实上，无论各种型号的呼吸器，由于长期使用造成磨损和使用的氧气中存在着微量的杂质等原因，均会造成其减压器内存在一定数量的金属粉末或污垢，堵塞氧气通道及过滤网等，从而造成减压器动作不稳定，使定量供氧量不符合仪器技术标准。因此，必须定期清洗或更换过滤网及其它部件。可调式减压器由于其可调，很多使用者在定量供氧达不到要求时，由于清洗维护工作的繁琐，就通过调节弹簧的伸缩程度来强制调高或调低减压器的输出压力，使定量供氧量达到规定要求，而不进行正常的清洗维护，致使定量供氧忽高忽低，不稳定。经常强制调节，就给使用者造成一种错误理解，认为可调式较不可调式减压器的稳定性差。实际上，不可调式减压器同样也存在定量供氧不稳定或不符合标准的问题，在此情况使用者只能通过更换零件(定量孔)，使定量供氧达到标准要求，由于更换方便，较正常的清洗维护简捷，就认为不可调式较可调式减压器稳定。如我队使用的美国进口的Biopak—240型氧气呼吸器，使用数年来其定量孔每台呼吸器平均更换一次以上，更换零件虽简单、方便，但造成使用成本高。
通过以上对各类减压器的比较分析，可以看出氧气呼吸器的减压器由于其工作原理有所不同，从而各有其特点，为使减压器的工作状态稳定，只有通过正常的维护保养、校验、合理调整和正确使用，才能保证呼吸器减压器的工作状态的稳定，从而确保呼吸器定量供氧量的稳定，进而确保呼吸器的安全可靠性。