氣動超高壓減壓閥設計及計算

 超高壓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，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結構，且對重要零、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。 

    2、氣動超高壓減壓閥設計及計算工作原理 

    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。現在再來研究排氣閥門處于某一平衡位置時的狀態。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： 由氣動調節閥、壓力變送器、壓力調節儀組成，可以完成現代工業過程中對管道壓力的全自動控制。具有安裝方便、響應快、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、生物醫藥、環保、冶金、給排水、造紙、電力等行業。

■ 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。在許多生產過程中，保持恒定的壓力或一定的真空度常是正常生產的必要條件。很多化學反應需要在恒壓下進行，為保持流量不變也常需要控制主壓力源的壓力恒定。根據不同應用場合，壓力控制可采用不同的方式。當控制性能要求不高時，可采用比較簡單的控制裝置，如壓力調節閥等。對性能要求較高或生產過程比較復雜，宜采用壓力控制系統。壓力控制系統的結構是閉環的，由壓力傳感器、壓力控制器和調節閥組成。

    3、氣動超高壓減壓閥設計及計算設計和計算 

    設計超高壓氣動減壓閥一般是先根據給定的設計參數和工作條件，氣動壓力控制閥，由氣動薄膜多彈簧執行機構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備、轉換器、電磁閥、保位閥等附件去驅動氣動執行器，來對閥芯的開度進行調節，對介質的壓力進行自動化控制的壓力調節閥。

減壓閥（reducingvalve）是采用控制閥體內的啟閉件的開度來調節介質的流量，將介質的壓力降低，同時借助閥后壓力的作用調節啟閉件的開度，使閥后壓力保持在一定范圍內，并在閥體內或閥后噴入冷卻水，將介質的溫度降低，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。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。本類閥門在管道中一般應當水平安裝。

 氣動超高壓減壓閥設計及計算主要技術參數

三、氣動超高壓減壓閥設計及計算執行器技術參數

氣動超高壓減壓閥設計及計算選擇閥的結構型式，然后進行結構參數的選擇和計算。 

    通常給定的參數有：氣源壓力、閥輸出壓力、通氣能力、操縱力和行程等。設計和計算的內容有：選擇的結構型式，據通氣能力和工作壓力確定閥的結構尺寸，據行程和操縱力設計平衡彈簧等。 閥的結構設計重點在于進氣閥門、排氣閥門和活門座的密封結構，因為氣體粘度小，且工作壓力高，容易泄漏。閥的結構見。 

    (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壓精度。若其直徑大，則閥的調壓精度高；反之，則閥的調壓精度低。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、排氣閥門的設計 

    進、排氣閥門的設計主要包括結構型式、材料的選取和幾何尺寸的確定。閥門結構采用金屬包膠閥門(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其機械性能和閥的工作溫度。 

    硫化橡膠的厚度根據閥門座型面高度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，因其與橡膠的結合性能好。 

    (4)進、排氣閥門座型面的設計 

    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)平衡彈簧的設計 

    根據閥的性能分析，平衡彈簧與排氣閥門座直徑一樣，直接影響閥的調壓精度。減壓彈簧的剛度越小，閥的調壓精度越好。但是剛度太小，彈簧行程過長。它受到給定行程的限制，應根據給定的參數設計彈簧剛度：有了彈簧剛度、彈力和行程，便可進行彈簧的設計了。兩個復位彈簧的剛度可設計成相同，而且，其剛度小于平衡彈簧的剛度。 

    4、氣動超高壓減壓閥設計及計算試驗 

    為檢驗閥的性能，設計試驗系統原理圖所示。 閥的輸出壓力與操縱力的關系是在氣罐容積為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。經過試驗和應用，閥的各項技術性能符合要求，有些指標*產品。而且具有結構簡單、緊湊、體積小、重量輕、壽命長、可維護性好等特點。