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氣動(dòng)減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

  • 發(fā)布日期:2017/9/21      瀏覽次數(shù):919
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    氣動(dòng)減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 氣動(dòng)減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和注意事項(xiàng) 氣動(dòng)減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 氣動(dòng)調(diào)壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn) 帶壓力變速器 氣動(dòng)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(dòng)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(dòng)減壓閥的工作原理,當(dāng)壓頭無外力作用時(shí),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(shí),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(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,排氣口開啟,原輸出的氣體由排氣閥門經(jīng)消聲器排入大氣。
    氣動(dòng)減壓閥也就是有氣動(dòng)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(dòng)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?dòng)減壓閥主要適用于水 ,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(shí)間內(nèi)設(shè)定的氣源和閥門的輸出壓力,氣動(dòng)執(zhí)行元件和氣缸及閥門的充氣排氣時(shí)間就能預(yù)防這種問題。
    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,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(dòng)減壓閥突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),而且對(duì)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(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(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。 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(dòng)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(dòng)減壓閥的本體是整個(gè)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(qǐng)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(dòng)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(huì)在通過出氣口時(shí)有較高的流速。四是氣動(dòng)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(dòng)方向標(biāo)志。


        2、氣動(dòng)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(gè)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(dòng)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(gè)參數(shù)。筆者建議設(shè)計(jì)者用Excel制作一個(gè)彈簧的設(shè)計(jì)表格,設(shè)計(jì)時(shí)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(shí),在完成設(shè)計(jì)主體時(shí)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(shí)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(shí),需拉起調(diào)節(jié)旋鈕,露出調(diào)壓標(biāo)志,鎖定時(shí)遮住調(diào)壓標(biāo)志環(huán);長久不使用時(shí),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(gè)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(chǎng)合。
    氣動(dòng)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(jí)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(jí)或VI級(jí)。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(dòng)減壓閥的膜片組合設(shè)計(jì)
        氣動(dòng)減壓閥的膜片組合是這個(gè)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(jí)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(jí)或VI級(jí)。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(chǎng)合,達(dá)到IV級(jí)泄漏標(biāo)準(zhǔn),ZJHM(O)型軟密封結(jié)構(gòu)閥芯達(dá)到VI級(jí)泄漏標(biāo)準(zhǔn),ZJHM(Q)型軟密封結(jié)構(gòu)閥芯達(dá)到VI級(jí)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(duì)移動(dòng)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(chǎng)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(shí)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(duì)膜片中心擾度的影響,還要考慮其對(duì)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(dòng)時(shí)有伸縮余量。硬芯在設(shè)計(jì)時(shí)在接觸膜片一側(cè)要有環(huán)形突起,組合時(shí)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(duì)膜片強(qiáng)度的要求。
        4、氣動(dòng)減壓閥的反饋導(dǎo)管設(shè)計(jì)
        反饋導(dǎo)管裝在氣動(dòng)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(shí)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(dòng),高速流動(dòng)的氣體在遇到導(dǎo)管的阻擋后形成紊流,導(dǎo)管的背面會(huì)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(shí)可以改善減壓閥的動(dòng)態(tài)性能,負(fù)載突變(突然變化或不穩(wěn)定)時(shí)起阻尼作用,避免振蕩發(fā)生。另外,產(chǎn)生的高速氣流對(duì)油霧器起霧有利。


        5、氣動(dòng)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(shí)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(jiǎn)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(duì)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(shí),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(shí)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(shí)調(diào)壓柱在調(diào)壓柱密封圈的阻力下不會(huì)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(huì)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?;鹕娇诓豢梢蕴?,易損傷閥芯的包膠層。
      以上是氣動(dòng)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