氣動減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

氣動減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 氣動減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和注意事項(xiàng) 氣動減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 氣動調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 氣動調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 帶壓力變速器 氣動減壓閥的安裝
   之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹 氣動減壓閥的結(jié)構(gòu)見圖1，主要有減壓閥本體、主調(diào)壓座、主調(diào)壓旋鈕、主調(diào)壓彈簧、膜片組合、反饋導(dǎo)管、調(diào)壓柱、閥芯、復(fù)位彈簧等等。在三聯(lián)件中，減壓閥的設(shè)計(jì)是復(fù)雜、難的一部分。
   超高壓氣動減壓閥的工作原理，當(dāng)壓頭無外力作用時，氣源來的氣體由輸入口進(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，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(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(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。
氣動減壓閥也就是有氣動執(zhí)行器和閥體組成的，主要就是設(shè)置好一定的壓力，通過氣源和閥門的大輸出和通氣能力，閥門的操縱力彈簧的作用等，來調(diào)節(jié)減壓至您所控制的壓力。氣動減壓閥主要的設(shè)計(jì)是在閥門的進(jìn)氣口和排氣口，閥門的密封結(jié)構(gòu)，因?yàn)闅鈩訙p壓閥主要適用于水 ，氣體等介質(zhì)，氣體的粘度小，工作壓力高，容易泄露，閥的通氣能力是在一定的時間內(nèi)設(shè)定的氣源和閥門的輸出壓力，氣動執(zhí)行元件和氣缸及閥門的充氣排氣時間就能預(yù)防這種問題。
氣動減壓閥是氣動剎車系統(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，高輸出壓力為7mpa，所以，閥的密封性和耐久性成為突出的問題。這里介紹的氣動減壓閥突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且對重要的零組件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，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。
隨著氣缸壓力的增加，進(jìn)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(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。
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。 按結(jié)構(gòu)形式可分為薄膜式、彈簧薄膜式、活塞式、杠桿式和波紋管式；按閥座數(shù)目可人為單座式和雙座式；按閥瓣的位置不同可分為正作用式和反作用式。

 1、氣動減壓閥的本體設(shè)計(jì)
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥氣動減壓閥的本體是整個減壓閥的基體，外觀設(shè)計(jì)要求、內(nèi)部的流道設(shè)計(jì)原則同空氣過濾器相似，請參考過濾器篇。本體的材料也多選用壓鑄鋁合金或鋅合金。
    氣動減壓閥的本體內(nèi)部要比空氣過濾器的本體復(fù)雜許多。它的流道的設(shè)計(jì)，要注意三點(diǎn)。一是進(jìn)氣面積，設(shè)計(jì)要求同空氣過濾器。二是流道要短，在滿足強(qiáng)度的前提下，盡量將火山口位置靠近進(jìn)氣口。三是火山口的直徑要盡量大，面積上是出氣口的2～4倍，這樣調(diào)壓行程就比較短，調(diào)壓特性就比較好，另外也會在通過出氣口時有較高的流速。四是氣動減壓閥的出氣側(cè)要留有壓力表的安裝空間。閥體要有醒目的氣體流動方向標(biāo)志。

    2、氣動減壓閥的主調(diào)壓彈簧部分設(shè)計(jì)
    主調(diào)壓彈簧的設(shè)計(jì)就是確定四個參數(shù)：彈簧中徑和線徑、有效圈數(shù)、彈簧高度。彈簧中徑和彈簧自由高度受主調(diào)壓座的結(jié)構(gòu)限制，可以調(diào)整的范圍比較小。彈簧的小作用力為零，大作用力跟調(diào)壓范圍氣動三聯(lián)件設(shè)計(jì)淺析—減壓閥和調(diào)壓膜片組合的有效面積有關(guān)。在確定了大作用力后，就可以根據(jù)彈簧的設(shè)計(jì)公式來調(diào)整彈簧的這四個參數(shù)。筆者建議設(shè)計(jì)者用Excel制作一個彈簧的設(shè)計(jì)表格，設(shè)計(jì)時要考慮彈簧的使用壽命、高徑比、作用力范圍（建議不超過大壓縮力的80%）等參數(shù)。由于線徑比較粗，要兩端磨平，保證平穩(wěn)。材料一般用碳素線外鍍白鋅或彩鋅處理，不建議使用不銹鋼線。
    設(shè)計(jì)時，在完成設(shè)計(jì)主體時還要多注意細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)。這些細(xì)節(jié)包括安全方面、人體力學(xué)方面等等。比如在安全方面，由于主調(diào)壓彈簧有很大的作用力（多達(dá)幾百公斤力），所以主調(diào)壓座必須要有足夠的強(qiáng)度來承擔(dān)這些作用力，主調(diào)壓座的材料為PA、POM，較大通徑時用壓鑄鋁；主調(diào)壓座的上部多設(shè)計(jì)成齒狀，便于調(diào)節(jié)后鎖定調(diào)壓旋鈕；一般要設(shè)計(jì)有醒目的調(diào)壓標(biāo)志環(huán)，調(diào)節(jié)時，需拉起調(diào)節(jié)旋鈕，露出調(diào)壓標(biāo)志，鎖定時遮住調(diào)壓標(biāo)志環(huán)；長久不使用時，應(yīng)將調(diào)壓彈簧*旋松。比如在人體力學(xué)方面，調(diào)節(jié)桿與主調(diào)壓座存在巨大的摩擦力，可以增加一個POM墊片來減少摩擦，改善調(diào)節(jié)阻力；調(diào)節(jié)桿與調(diào)壓六角螺母之間容易鎖死，可以選擇其中之一增加小凸點(diǎn)或小凸環(huán)來改善；拉起調(diào)壓旋鈕的力要適中，可以通過細(xì)化調(diào)節(jié)扣位處的設(shè)計(jì)來滿足。

    廣泛應(yīng)用于控制氣體、液體等介質(zhì)，工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許泄漏量小閥前后壓差不大的工作場合。
氣動薄膜直通單座調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)型、調(diào)節(jié)切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產(chǎn)品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~200。適用流體溫由-200℃~560℃范圍內(nèi)多種檔次。泄漏量標(biāo)準(zhǔn)有IV級或VI級。流量特性為線性或等百分比。多種多樣的品種規(guī)格可供選擇。

主要零件材料

閥體、閥蓋：HT200，ZG230-450，ZG1Cr18Ni9Ti
閥芯、閥座：1Cr18Ni9Ti，司太萊合金堆焊
軟密封閥芯：增強(qiáng)聚四氟乙烯
填料：聚四氟乙烯，柔性石墨
波紋管：1Cr18Ni9Ti
墊片：橡膠石棉板、10、1Cr18Ni9Ti、石棉纏繞墊片
膜蓋：A3
波紋膜片：丁晴橡膠夾增強(qiáng)滌綸織物
閥桿、推桿：2Cr13、1Cr18Ni9Ti
襯套：2Cr13

3、氣動減壓閥的膜片組合設(shè)計(jì)
    氣動減壓閥的膜片組合是這個閥中的關(guān)鍵部件。它要承受多達(dá)幾百公斤的壓力。
有標(biāo)準(zhǔn)型和調(diào)節(jié)切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產(chǎn)品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~200。適用流體溫度由-200℃~+560℃，其范圍內(nèi)多種檔次。泄漏量標(biāo)準(zhǔn)有IV 級或VI級。流量特性為線性或等百分比。 多種多樣的品種規(guī)格可供選擇。

產(chǎn)品特點(diǎn)

1、 采用平衡式閥芯結(jié)構(gòu)，軸向平衡力小，允許壓差，穩(wěn)定性好。 
2、套筒互換性強(qiáng)，拆裝方便，容易維修。 
3、全金屬閥芯結(jié)構(gòu)適用多種工作場合，達(dá)到IV級泄漏標(biāo)準(zhǔn)，ZJHM(O)型軟密封結(jié)構(gòu)閥芯達(dá)到VI級泄漏標(biāo)準(zhǔn)，ZJHM(Q)型軟密封結(jié)構(gòu)閥芯達(dá)到VI級泄漏標(biāo)準(zhǔn)。 
4、閥體按流體力學(xué)原理設(shè)計(jì)成等截面低流組流道，可調(diào)范圍大，固有可調(diào)比為50，額定流量系數(shù)增大30%。 
5、執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用多彈簧結(jié)構(gòu)，高度減少30%、重量減輕30%。 
6、ZXPV型波紋管密封型調(diào)節(jié)閥，對移動的閥桿形成了*密封，堵絕流體外漏。 
7、ZXPJ型調(diào)節(jié)閥帶有保溫夾套，用于流體冷卻后易結(jié)晶、凝固造成堵塞的場合。

    膜片組合結(jié)構(gòu)見圖2，由膜片硬芯、膜片、溢流口組成。膜片材料為丁氰橡膠（NBR）+纖維布。膜片硬芯為碳鋼片，一方面用來提高膜片的強(qiáng)度，另一方面用來支撐和定位主調(diào)壓彈簧。溢流口上包有丁氰橡膠，用于和調(diào)壓柱密封，保持膜片室的壓力。調(diào)壓柱離開時用來溢流，保持出口壓力恒定。丁氰橡膠的硬度多為85度，硬度太高影響密封效果，太低則降低溢流的靈敏度。膜片有效直徑的計(jì)算見式1。
    d2=4*（d12+d1*d2+d22）/9             （式1）
    影響膜片組合設(shè)計(jì)的主要是膜片硬芯直徑和膜片厚度，不僅要考慮它們對膜片中心擾度的影響，還要考慮其對膜片應(yīng)力的影響，以確保大應(yīng)力值不超過許用應(yīng)力。膜片硬芯的直徑d2建議為膜片受力直徑d1的2/3以上，膜片有弧形位，這樣可以在上下移動時有伸縮余量。硬芯在設(shè)計(jì)時在接觸膜片一側(cè)要有環(huán)形突起，組合時要保證結(jié)合位密封，不能漏氣。主調(diào)壓座要壓緊膜片，不允許氣體泄露。膜片與本體、主調(diào)壓座的接觸位，后兩者要有圓弧過渡（R>3毫米），可以保護(hù)膜片不易斷裂。但圓弧又不能過大，否則膜片受力面積增加太多，增加了對膜片強(qiáng)度的要求。
    4、氣動減壓閥的反饋導(dǎo)管設(shè)計(jì)
    反饋導(dǎo)管裝在氣動減壓閥的出口端，伸出端切成45度，方向朝出口側(cè)，不能裝反，所以設(shè)計(jì)時要注意有方向要求。它的設(shè)計(jì)原理見圖3。

    由于出氣口面積小于閥口面積，氣體被迫加速流動，高速流動的氣體在遇到導(dǎo)管的阻擋后形成紊流，導(dǎo)管的背面會有一定的負(fù)壓，膜片室內(nèi)的氣體容易被吸出。它的作用是提高穩(wěn)壓精度，同時可以改善減壓閥的動態(tài)性能，負(fù)載突變（突然變化或不穩(wěn)定）時起阻尼作用，避免振蕩發(fā)生。另外，產(chǎn)生的高速氣流對油霧器起霧有利。

    5、氣動減壓閥的閥芯部分設(shè)計(jì)
    閥心部分包括調(diào)節(jié)桿、閥芯、復(fù)位彈簧等部分組成。閥芯部分通過閥芯密封圈和通孔保持壓力與出口端壓力相同。

    A1-膜片組合的有效面積A2-閥口面積A3-筏芯受力面積
    閥芯開啟時的受力見圖4，根據(jù)力的平衡得到式2：
    F1+P1*（A3-A2）+P2*A2=F2+P2*A3+P2*A1         （式2）
    如果A2=A3，則式2可以簡化為：
    F1=F2+P2*A1                  （式3）
    從式3中可以看出：如果閥芯密封圈處的直徑與火山口的直徑相同，就可以消除進(jìn)氣壓力P1變化對出氣壓力P2造成的影響。出氣壓力P2僅與主調(diào)壓彈簧、復(fù)位彈簧和閥口大小有關(guān)。采用此種設(shè)計(jì)的減壓閥就是平衡式減壓閥，調(diào)壓和穩(wěn)壓效果比較好。
    閥芯的大開啟高度H由下式?jīng)Q定：
    S=3.14*D*H                  （式4）
    式4中，D為閥口直徑，S為排氣口面積。在排氣口面積（公稱口徑）確定時，如果閥口直徑增大，則閥芯開啟的行程可以減小。閥芯行程減小可以明顯改善流量特性，同時也減小了膜片的變形量。調(diào)壓柱必須與閥芯連接為一體，否則閥芯下降時調(diào)壓柱在調(diào)壓柱密封圈的阻力下不會一起下降，無法打開溢流口。調(diào)壓柱頭部應(yīng)光滑，無劃痕，否則會影響與溢流口的密封效果。
    復(fù)位彈簧提供的彈簧力用來克服閥芯密封圈和調(diào)節(jié)桿密封圈的阻力、提供密封火山口的壓力，彈簧力必須足夠，否則影響調(diào)壓的靈敏度，復(fù)位彈簧的兩端也要磨平。火山口不可以太尖，易損傷閥芯的包膠層。
  以上是氣動減壓閥的一些設(shè)計(jì)心得，如有不足之處，歡迎大家指出。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：200X先導(dǎo)隔膜式水用減壓閥安裝要求