氣動超高壓減壓閥設(shè)計及計算

【資料簡介】

氣動超高壓減壓閥設(shè)計及計算

 超高壓氣動減壓閥是氣動剎車系統(tǒng)的重要元件。因為氣體粘度小，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題。這里介紹的超高壓氣動減壓閥突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，且對重要零、組件進行了優(yōu)化設(shè)計，使得閥在高壓情況下無泄漏，其它性能也都滿足了使用要求。 

    2、氣動超高壓減壓閥設(shè)計及計算工作原理 

    超高壓氣動減壓閥的工作原理如圖1所示。當(dāng)壓頭無外力作用時，氣源來的氣體由輸入口進入閥體下部氣室，進氣閥門在氣壓和復(fù)位彈簧的作用下與進氣閥門座壓緊，閥輸出口無氣體輸出。當(dāng)壓頭受外力F作用時，壓頭下移，通過平衡彈簧壓縮復(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，頂開進氣閥門，壓縮空氣由進氣閥門控制的通道進入閥后面的執(zhí)行元件氣缸。

隨著氣缸壓力的增加，進氣閥門的開度逐漸減小，直到輸出口壓力p2與壓頭上的作用力相平衡時進氣閥門關(guān)閉。當(dāng)外力消除后，進氣閥門在氣壓和復(fù)位彈簧2的力作用下，向上移動關(guān)閉。與此同時，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，排氣口開啟，原輸出的氣體由排氣閥門經(jīng)消聲器排入大氣。現(xiàn)在再來研究排氣閥門處于某一平衡位置時的狀態(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)過程中對管道壓力的全自動控制。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。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)用場合，壓力控制可采用不同的方式。當(dāng)控制性能要求不高時，可采用比較簡單的控制裝置，如壓力調(diào)節(jié)閥等。對性能要求較高或生產(chǎn)過程比較復(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、氣動超高壓減壓閥設(shè)計及計算設(shè)計和計算 

    設(shè)計超高壓氣動減壓閥一般是先根據(jù)給定的設(shè)計參數(shù)和工作條件，氣動壓力控制閥，由氣動薄膜多彈簧執(zhí)行機構(gòu)和精小型單座閥組成，以壓縮空氣為動力源，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)動氣動執(zhí)行器，來對閥芯的開度進行調(diào)節(jié)，對介質(zhì)的壓力進行自動化控制的壓力調(diào)節(jié)閥。

減壓閥（reducingvalve）是采用控制閥體內(nèi)的啟閉件的開度來調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量，將介質(zhì)的壓力降低，同時借助閥后壓力的作用調(diào)節(jié)啟閉件的開度，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，是在進口壓力不斷變化的情況下，保持出口聽壓力和溫度值在一定的范圍內(nèi)。減壓閥是氣動調(diào)節(jié)閥的一個配件，主要作用是將氣源的壓力減壓并穩(wěn)定到一個定值，以便于調(diào)節(jié)閥能夠獲得穩(wěn)定的氣源動力用于調(diào)節(jié)控制。本類閥門在管道中一般應(yīng)當(dāng)水平安裝。

 氣動超高壓減壓閥設(shè)計及計算主要技術(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		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、氣動超高壓減壓閥設(shè)計及計算執(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)行機構(gòu)
執(zhí)行器型號	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、空氣過濾減壓器、保位閥、行程開關(guān)、閥位傳送器、手輪機構(gòu)等
作用形式	氣關(guān)式(B)—失氣時閥位開(FO)；氣開式(K)—失氣時閥位關(guān)(FC)

氣動超高壓減壓閥設(shè)計及計算選擇閥的結(jié)構(gòu)型式，然后進行結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇和計算。 

    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)計和計算的內(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)計平衡彈簧等。 閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計重點在于進氣閥門、排氣閥門和活門座的密封結(jié)構(gòu)，因為氣體粘度小，且工作壓力高，容易泄漏。閥的結(jié)構(gòu)見。 

    (1)通氣能力計算 

    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、排氣時間。 

    通氣能力取決于進氣通道和排氣通道的面積。閥在充氣和排氣過程中時間很短，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。因此閥的進氣通道有效面積Aa按下式計算

    (2)排氣閥座直徑的計算 

    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、排氣閥門的設(shè)計 

    進、排氣閥門的設(shè)計主要包括結(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，使閥門在工作過程中具有良好的補償功能；另外利用了金屬材料的強度和剛度。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、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、排氣閥門座型面的設(shè)計 

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

    (5)平衡彈簧的設(shè)計 

    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，彈簧行程過長。它受到給定行程的限制，應(yīng)根據(jù)給定的參數(shù)設(shè)計彈簧剛度：有了彈簧剛度、彈力和行程，便可進行彈簧的設(shè)計了。兩個復(fù)位彈簧的剛度可設(shè)計成相同，而且，其剛度小于平衡彈簧的剛度。 

    4、氣動超高壓減壓閥設(shè)計及計算試驗 

    為檢驗閥的性能，設(shè)計試驗系統(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)過試驗和應(yīng)用，閥的各項技術(shù)性能符合要求，有些指標(biāo)*產(chǎn)品。而且具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、重量輕、壽命長、可維護性好等特點。