氣動(dòng)超高壓減壓閥設(shè)計(jì)及計(jì)算

【資料簡(jiǎn)介】

氣動(dòng)超高壓減壓閥設(shè)計(jì)及計(jì)算

 超高壓氣動(dòng)減壓閥是氣動(dòng)剎車系統(tǒng)的重要元件。因?yàn)闅怏w粘度小，容易泄漏，而且系統(tǒng)工作壓力高，閥的輸入壓力為11～13MPa，輸出壓力為7MPa，所以，閥的密封性和耐久性成為突出的問(wèn)題。這里介紹的超高壓氣動(dòng)減壓閥突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，且對(duì)重要零、組件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得閥在高壓情況下無(wú)泄漏，其它性能也都滿足了使用要求。 

    2、氣動(dòng)超高壓減壓閥設(shè)計(jì)及計(jì)算工作原理 

    超高壓氣動(dòng)減壓閥的工作原理如圖1所示。當(dāng)壓頭無(wú)外力作用時(shí)，氣源來(lái)的氣體由輸入口進(jìn)入閥體下部氣室，進(jìn)氣閥門在氣壓和復(fù)位彈簧的作用下與進(jìn)氣閥門座壓緊，閥輸出口無(wú)氣體輸出。當(dāng)壓頭受外力F作用時(shí)，壓頭下移，通過(guò)平衡彈簧壓縮復(fù)位彈簧1，將排氣閥門壓下與排氣閥門座接觸，使輸出口與大氣隔離，壓頭繼續(xù)下移，頂開(kāi)進(jìn)氣閥門，壓縮空氣由進(jìn)氣閥門控制的通道進(jìn)入閥后面的執(zhí)行元件氣缸。

隨著氣缸壓力的增加，進(jìn)氣閥門的開(kāi)度逐漸減小，直到輸出口壓力p2與壓頭上的作用力相平衡時(shí)進(jìn)氣閥門關(guān)閉。當(dāng)外力消除后，進(jìn)氣閥門在氣壓和復(fù)位彈簧2的力作用下，向上移動(dòng)關(guān)閉。與此同時(shí)，壓頭與排氣閥門在復(fù)位彈簧1的力及排氣壓力的作用下復(fù)位，排氣口開(kāi)啟，原輸出的氣體由排氣閥門經(jīng)消聲器排入大氣?，F(xiàn)在再來(lái)研究排氣閥門處于某一平衡位置時(shí)的狀態(tài)。忽略壓頭、排氣閥門等的重力和摩擦力，排氣閥門受力平衡方程為： 由氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力變送器、壓力調(diào)節(jié)儀組成，可以完成現(xiàn)代工業(yè)過(guò)程中對(duì)管道壓力的全自動(dòng)控制。具有安裝方便、響應(yīng)快、控制精度高、整定方便、性能可靠等特點(diǎn)。廣泛適用于化工、食品、生物醫(yī)藥、環(huán)保、冶金、給排水、造紙、電力等行業(yè)。

■ 控制原理

以氣體或液體管道或容器中的壓力作為被控制量的反饋控制系統(tǒng)。在許多生產(chǎn)過(guò)程中，保持恒定的壓力或一定的真空度常是正常生產(chǎn)的必要條件。很多化學(xué)反應(yīng)需要在恒壓下進(jìn)行，為保持流量不變也常需要控制主壓力源的壓力恒定。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合，壓力控制可采用不同的方式。當(dāng)控制性能要求不高時(shí)，可采用比較簡(jiǎn)單的控制裝置，如壓力調(diào)節(jié)閥等。對(duì)性能要求較高或生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，宜采用壓力控制系統(tǒng)。壓力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是閉環(huán)的，由壓力傳感器、壓力控制器和調(diào)節(jié)閥組成。

 

    3、氣動(dòng)超高壓減壓閥設(shè)計(jì)及計(jì)算設(shè)計(jì)和計(jì)算 

    設(shè)計(jì)超高壓氣動(dòng)減壓閥一般是先根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)和工作條件，氣動(dòng)壓力控制閥，由氣動(dòng)薄膜多彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)和精小型單座閥組成，以壓縮空氣為動(dòng)力源，借助于電氣閥門定位設(shè)備、轉(zhuǎn)換器、電磁閥、保位閥等附件去驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行器，來(lái)對(duì)閥芯的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)介質(zhì)的壓力進(jìn)行自動(dòng)化控制的壓力調(diào)節(jié)閥。

減壓閥（reducingvalve）是采用控制閥體內(nèi)的啟閉件的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量，將介質(zhì)的壓力降低，同時(shí)借助閥后壓力的作用調(diào)節(jié)啟閉件的開(kāi)度，使閥后壓力保持在一定范圍內(nèi)，并在閥體內(nèi)或閥后噴入冷卻水，將介質(zhì)的溫度降低，這種閥門稱為減壓減溫閥。該閥的特點(diǎn)，是在進(jìn)口壓力不斷變化的情況下，保持出口聽(tīng)壓力和溫度值在一定的范圍內(nèi)。減壓閥是氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的一個(gè)配件，主要作用是將氣源的壓力減壓并穩(wěn)定到一個(gè)定值，以便于調(diào)節(jié)閥能夠獲得穩(wěn)定的氣源動(dòng)力用于調(diào)節(jié)控制。本類閥門在管道中一般應(yīng)當(dāng)水平安裝。

 氣動(dòng)超高壓減壓閥設(shè)計(jì)及計(jì)算主要技術(shù)參數(shù)

公稱通徑(DN)		20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250	300
閥座直徑(dn)		20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250	300
額定流量系數(shù)(KV)	單座	6.9	11	17.6	27.5	44	69	110	176	275	440	630	875	1250
	套筒	6.3	10	16	25	40	63	100	160	250	360	570	850	1180
允許壓差(MPa)	單座	3.8	3.2	3.0	2.0	1.8	1.5	1.4	1.0	0,7	0.6	0.5	0.3	0.1
	套筒	6.4	6.4	5.2	5.2	4.6	4.6	3.7	3.7	3.5	3.1	3.1	2.6	2.2
公稱壓力(MPa)		1.6、2.5、4.0、6.4、10.0、16.0、25.0
額定行程(mm)		16			25		40			60			100
執(zhí)行器型號(hào)		ZHA/B-22		ZHA/B-23			ZHA/B-34			ZHA/B-45			ZHA/B-56
閥蓋形式		標(biāo)準(zhǔn)型(-17～+250℃)、高溫型(+250～+450℃)、低溫型(-40～-196℃)、波紋管密封型(-40～+350℃)
壓蓋形式		螺栓壓緊式
密封填料		V型聚四氟乙烯填料、V型柔性石墨填料
閥芯形式		單座式、套筒式
流量特性		等百分比

三、氣動(dòng)超高壓減壓閥設(shè)計(jì)及計(jì)算執(zhí)行器技術(shù)參數(shù)

配置執(zhí)行器類別	ZHA/B多彈簧簿膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行器型號(hào)	ZHA/B-22	ZHA/B-23	ZHA/B-34	ZHA/B-45	ZHA/B-56
有效面積(cm2)	350	350	560	900	1400
行程(mm)	10、16	24	40	40、60	100
彈簧范圍(KPa)	20～100（標(biāo)準(zhǔn)）、20-60、60-100、40-200、80-240
膜片材料	丁腈橡膠夾尼龍布、乙丙橡膠夾尼龍布
供氣壓力	140～400KPa
氣源接口	RC1/4"
環(huán)境溫度	-30～+70℃
可配附件	定位器、空氣過(guò)濾減壓器、保位閥、行程開(kāi)關(guān)、閥位傳送器、手輪機(jī)構(gòu)等
作用形式	氣關(guān)式(B)—失氣時(shí)閥位開(kāi)(FO)；氣開(kāi)式(K)—失氣時(shí)閥位關(guān)(FC)

氣動(dòng)超高壓減壓閥設(shè)計(jì)及計(jì)算選擇閥的結(jié)構(gòu)型式，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和計(jì)算。 

    通常給定的參數(shù)有：氣源壓力、閥輸出壓力、通氣能力、操縱力和行程等。設(shè)計(jì)和計(jì)算的內(nèi)容有：選擇的結(jié)構(gòu)型式，據(jù)通氣能力和工作壓力確定閥的結(jié)構(gòu)尺寸，據(jù)行程和操縱力設(shè)計(jì)平衡彈簧等。 閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于進(jìn)氣閥門、排氣閥門和活門座的密封結(jié)構(gòu)，因?yàn)闅怏w粘度小，且工作壓力高，容易泄漏。閥的結(jié)構(gòu)見(jiàn)。 

    (1)通氣能力計(jì)算 

    閥的通氣能力是指在給定的氣源壓力、閥輸出壓力、執(zhí)行元件氣缸及閥后管道的容積的情況下，閥的充氣、排氣時(shí)間。 

    通氣能力取決于進(jìn)氣通道和排氣通道的面積。閥在充氣和排氣過(guò)程中時(shí)間很短，我們忽略熱交換的影響，即絕熱充氣和絕熱排氣。另外，根據(jù)閥的工作壓力，閥是以音速充氣和音速排氣。因此閥的進(jìn)氣通道有效面積Aa按下式計(jì)算

    (2)排氣閥座直徑的計(jì)算 

    由閥的工作原理知道，排氣閥門座直徑d的大小直接影響閥的調(diào)壓精度。若其直徑大，則閥的調(diào)壓精度高；反之，則閥的調(diào)壓精度低。但是，排氣閥門座直徑又受到操縱力的限制。排氣閥門座直徑在滿足操縱力值的前提下，排氣閥門座直徑盡可能取大值。 

    (3)進(jìn)、排氣閥門的設(shè)計(jì) 

    進(jìn)、排氣閥門的設(shè)計(jì)主要包括結(jié)構(gòu)型式、材料的選取和幾何尺寸的確定。閥門結(jié)構(gòu)采用金屬包膠閥門(所謂金屬包膠閥門就是將橡膠直接硫化在金屬骨架上)。它利用了橡膠材料彈性高和密封比壓低的優(yōu)點(diǎn)，使閥門在工作過(guò)程中具有良好的補(bǔ)償功能；另外利用了金屬材料的強(qiáng)度和剛度。閥門加工制造工藝性好，制造成本低廉。 

    橡膠材料的選擇主要根據(jù)其機(jī)械性能和閥的工作溫度。 

    硫化橡膠的厚度根據(jù)閥門座型面高度h選取，橡膠壓縮量在(20～25)%為宜。 進(jìn)、排氣閥門的金屬骨架宜用黃銅，因其與橡膠的結(jié)合性能好。 

    (4)進(jìn)、排氣閥門座型面的設(shè)計(jì) 

    閥門座型面與閥門的橡膠面直接接觸，在工作過(guò)程中使膠面變形，起密封作用，而且對(duì)閥的壽命影響很大。它是用來(lái)限制膠面過(guò)度變形，起保護(hù)膠面的作用。 

    (5)平衡彈簧的設(shè)計(jì) 

    根據(jù)閥的性能分析，平衡彈簧與排氣閥門座直徑一樣，直接影響閥的調(diào)壓精度。減壓彈簧的剛度越小，閥的調(diào)壓精度越好。但是剛度太小，彈簧行程過(guò)長(zhǎng)。它受到給定行程的限制，應(yīng)根據(jù)給定的參數(shù)設(shè)計(jì)彈簧剛度：有了彈簧剛度、彈力和行程，便可進(jìn)行彈簧的設(shè)計(jì)了。兩個(gè)復(fù)位彈簧的剛度可設(shè)計(jì)成相同，而且，其剛度小于平衡彈簧的剛度。 

    4、氣動(dòng)超高壓減壓閥設(shè)計(jì)及計(jì)算試驗(yàn) 

    為檢驗(yàn)閥的性能，設(shè)計(jì)試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖所示。 閥的輸出壓力與操縱力的關(guān)系是在氣罐容積為2L，輸入壓力的11MPa，在壓頭上迅速施加(除去)操縱力的工況下，閥的充(排)氣特性。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和應(yīng)用，閥的各項(xiàng)技術(shù)性能符合要求，有些指標(biāo)*產(chǎn)品。而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、可維護(hù)性好等特點(diǎn)。