氣動減壓閥的設計重點

氣動減壓閥的設計重點 氣動減壓閥的設計重點和注意事項 氣動減壓閥的設計重點 氣動調節閥的設計重點 氣動調壓閥的設計重點 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用，現在介紹 氣動減壓閥的結構見圖1，主要有減壓閥本體、主調壓座、主調壓旋鈕、主調壓彈簧、膜片組合、反饋導管、調壓柱、閥芯、復位彈簧等等。在三聯件中，減壓閥的設計是復雜、難的一部分。
   超高壓氣動減壓閥的工作原理，當壓頭無外力作用時，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。當壓頭受外力F作用時，壓頭下移，通過平衡彈簧壓縮復位彈簧，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閉。當外力消除后，進氣閥門在氣壓和復位彈簧2的力作用下，向上移動關閉。與此同時，壓頭與排氣閥門在復位彈簧1的力及排氣壓力的作用下復位，排氣口開啟，原輸出的氣體由排氣閥門經消聲器排入大氣。
氣動減壓閥也就是有氣動執行器和閥體組成的，主要就是設置好一定的壓力，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，來調節減壓至您所控制的壓力。氣動減壓閥主要的設計是在閥門的進氣口和排氣口，閥門的密封結構，因為氣動減壓閥主要適用于水 ，氣體等介質，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設定的氣源和閥門的輸出壓力，氣動執行元件和氣缸及閥門的充氣排氣時間就能預防這種問題。
氣動減壓閥是氣動剎車系統的重要元件。因為氣體粘度小，容易泄漏，而且系統工作壓力高，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結構，而且對重要的零組件進行了優化設計，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。
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閉。當外力消除后，進氣閥門在氣壓和復位彈簧2的力作用下，向上移動關閉。與此同時，壓頭與排氣閥門在復位彈簧1的力及排氣壓力的作用下復位，排氣口開啟，原輸出的氣體由排氣閥門經消聲器排入大氣。
減壓閥是氣動調節閥的一個*配件，主要作用是將氣源的壓力減 壓并穩定到一個定值，以便于調節閥能夠獲得穩定的氣源動力用于調節控制。 按結構形式可分為薄膜式、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計
    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，外觀設計要求、內部的流道設計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部要比空氣過濾器的本體復雜許多。它的流道的設計，要注意三點。一是進氣面積，設計要求同空氣過濾器。二是流道要短，在滿足強度的前提下，盡量將火山口位置靠近進氣口。三是火山口的直徑要盡量大，面積上是出氣口的2～4倍，這樣調壓行程就比較短，調壓特性就比較好，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志。

    2、氣動減壓閥的主調壓彈簧部分設計
    主調壓彈簧的設計就是確定四個參數：彈簧中徑和線徑、有效圈數、彈簧高度。彈簧中徑和彈簧自由高度受主調壓座的結構限制，可以調整的范圍比較小。彈簧的小作用力為零，大作用力跟調壓范圍氣動三聯件設計淺析—減壓閥和調壓膜片組合的有效面積有關。在確定了大作用力后，就可以根據彈簧的設計公式來調整彈簧的這四個參數。筆者建議設計者用Excel制作一個彈簧的設計表格，設計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。由于線徑比較粗，要兩端磨平，保證平穩。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。
    設計時，在完成設計主體時還要多注意細節的設計。這些細節包括安全方面、人體力學方面等等。比如在安全方面，由于主調壓彈簧有很大的作用力（多達幾百公斤力），所以主調壓座必須要有足夠的強度來承擔這些作用力，主調壓座的材料為PA、POM，較大通徑時用壓鑄鋁；主調壓座的上部多設計成齒狀，便于調節后鎖定調壓旋鈕；一般要設計有醒目的調壓標志環，調節時，需拉起調節旋鈕，露出調壓標志，鎖定時遮住調壓標志環；長久不使用時，應將調壓彈簧*旋松。比如在人體力學方面，調節桿與主調壓座存在巨大的摩擦力，可以增加一個POM墊片來減少摩擦，改善調節阻力；調節桿與調壓六角螺母之間容易鎖死，可以選擇其中之一增加小凸點或小凸環來改善；拉起調壓旋鈕的力要適中，可以通過細化調節扣位處的設計來滿足。

    廣泛應用于控制氣體、液體等介質，工藝參數如壓力、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節閥產品的標準型、調節切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~200。適用流體溫由-200℃~560℃范圍內多種檔次。泄漏量標準有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計
    氣動減壓閥的膜片組合是這個閥中的關鍵部件。它要承受多達幾百公斤的壓力。
有標準型和調節切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍DN20~200。適用流體溫度由-200℃~+560℃，其范圍內多種檔次。泄漏量標準有IV 級或VI級。流量特性為線性或等百分比。 多種多樣的品種規格可供選擇。

產品特點

1、 采用平衡式閥芯結構，軸向平衡力小，允許壓差，穩定性好。 
2、套筒互換性強，拆裝方便，容易維修。 
3、全金屬閥芯結構適用多種工作場合，達到IV級泄漏標準，ZJHM(O)型軟密封結構閥芯達到VI級泄漏標準，ZJHM(Q)型軟密封結構閥芯達到VI級泄漏標準。 
4、閥體按流體力學原理設計成等截面低流組流道，可調范圍大，固有可調比為50，額定流量系數增大30%。 
5、執行機構采用多彈簧結構，高度減少30%、重量減輕30%。 
6、ZXPV型波紋管密封型調節閥，對移動的閥桿形成了*密封，堵絕流體外漏。 
7、ZXPJ型調節閥帶有保溫夾套，用于流體冷卻后易結晶、凝固造成堵塞的場合。

    膜片組合結構見圖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度，另一方面用來支撐和定位主調壓彈簧。溢流口上包有丁氰橡膠，用于和調壓柱密封，保持膜片室的壓力。調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。膜片有效直徑的計算見式1。
    d2=4*（d12+d1*d2+d22）/9             （式1）
    影響膜片組合設計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力的影響，以確保大應力值不超過許用應力。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。硬芯在設計時在接觸膜片一側要有環形突起，組合時要保證結合位密封，不能漏氣。主調壓座要壓緊膜片，不允許氣體泄露。膜片與本體、主調壓座的接觸位，后兩者要有圓弧過渡（R>3毫米），可以保護膜片不易斷裂。但圓弧又不能過大，否則膜片受力面積增加太多，增加了對膜片強度的要求。
    4、氣動減壓閥的反饋導管設計
    反饋導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，不能裝反，所以設計時要注意有方向要求。它的設計原理見圖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管的阻擋后形成紊流，導管的背面會有一定的負壓，膜片室內的氣體容易被吸出。它的作用是提高穩壓精度，同時可以改善減壓閥的動態性能，負載突變（突然變化或不穩定）時起阻尼作用，避免振蕩發生。另外，產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計
    閥心部分包括調節桿、閥芯、復位彈簧等部分組成。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僅與主調壓彈簧、復位彈簧和閥口大小有關。采用此種設計的減壓閥就是平衡式減壓閥，調壓和穩壓效果比較好。
    閥芯的大開啟高度H由下式決定：
    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。調壓柱必須與閥芯連接為一體，否則閥芯下降時調壓柱在調壓柱密封圈的阻力下不會一起下降，無法打開溢流口。調壓柱頭部應光滑，無劃痕，否則會影響與溢流口的密封效果。
    復位彈簧提供的彈簧力用來克服閥芯密封圈和調節桿密封圈的阻力、提供密封火山口的壓力，彈簧力必須足夠，否則影響調壓的靈敏度，復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計心得，如有不足之處，歡迎大家指出。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求