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氣動減壓閥工作原理

  • 發(fā)布日期:2017-07-18      瀏覽次數(shù):3815
    • 氣動減壓閥工作原理 氣動減壓閥動作原理 氣動調(diào)節(jié)閥 氣動減壓閥 氣動蒸汽減壓閥

      之前介紹減壓閥前后的壓力變化,現(xiàn)在介紹氣動減壓閥工作原理氣動裝置安全、可靠、成本低,使用維修方便,是閥門驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的一大分支。目前氣動裝置在具有防爆要求的場合應(yīng)用較多。閥門氣動裝置采用氣源的工作壓較低,一般不大于 0.82MPa。又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大,因而閥門氣動裝置的總推力不可能很大。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(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(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?,F(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:

      氣動減壓閥工作原理
      F=p1A1+p2(A2-A1)+Fs+Ff(1)
      式中:Fs――兩個復(fù)位彈簧的彈力之和;
      Ff――密封圈的摩擦力;
      A1、A2――分別為進(jìn)、排氣閥門的有效受壓面積,
      A1=π(d12-d012)/4,
      A2=π(d22-d022)/4;
      d――排氣閥門座直徑;
      d01――頂桿下段直徑;
      d02――頂桿上段直徑。
      由式(1)知,閥的輸出壓力p2與壓頭上的作用力F成比例。
      超高壓氣動減壓閥的工作原理一、閥門氣動裝置的使用條件 
      使用條件 
      氣源工作壓力    0.4~0.7(MPa) 
      環(huán)境溫度和介質(zhì)溫度    5~60(℃) 
      活塞工作速度和葉片徑線速度    10~500(mm/s) 
      電磁控制輸入信號電流    4~20mA 


      二、閥門氣動裝置的分類 
      閥門氣動裝置按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為三種型式:薄膜式氣動裝置、氣缸或氣動裝置、擺動式氣動裝置。此外還有氣動馬達(dá)式氣動裝置。 
      氣動裝置分類 
      薄膜式  

      1、薄膜氣缸 
      2、膜片 ①盤形膜片 ②平膜片 
      3、彈簧 
      4、活塞桿 
      氣缸式 、氣缸 ①單氣缸 ②雙氣缸 
      2、活塞與活塞環(huán) ① O形密封圈 ② J 形密封圈 ③ U 形密封圈 ④ V 形密封圈
      3、活塞桿 
      4、手動操作機(jī)構(gòu) 
      5、氣路附件 ① 回路系統(tǒng) ② 信號返回路 ③ 空氣過濾器 ④ 減壓閥油霧器 ⑤ 控制換向閥 
      擺動式    1、缸體 
      2、定子 
      3、轉(zhuǎn)子 
      4、葉片 


      三、各類氣動裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 
      一、選擇依據(jù)介紹:
      1.操作推力閥門電動裝置的主機(jī)結(jié)構(gòu)有兩種:一種是不配置推力盤,直接輸出力矩;另一種是配置推力盤,輸出力矩通過推力盤中的閥桿螺母轉(zhuǎn)換為輸出推力。
      2.操作力矩操作力矩是選擇閥門電動裝置的主要參數(shù),氣動執(zhí)行器輸出力矩應(yīng)為閥門操作大力矩的1.2~1.5倍。
      3.閥桿直徑對多回轉(zhuǎn)類明桿閥門,如果電動裝置允許通過的大閥桿直徑不能通過所配閥門的閥桿,便不能組裝成電動閥門。因此,電動裝置空心輸出軸的內(nèi)徑必須大于明桿閥門的閥桿外徑。對部分回轉(zhuǎn)閥門以及多回轉(zhuǎn)閥門中的暗桿閥門,雖不用考慮閥桿直徑的通過問題,但在選配時亦應(yīng)充分考慮閥桿直徑與鍵槽的尺寸,使組裝后能正常工作。
      4.輸出軸轉(zhuǎn)動圈數(shù)閥門電動裝置輸出軸轉(zhuǎn)動圈數(shù)的多少與閥門的公稱通徑、閥桿螺距、螺紋頭數(shù)有關(guān),要按M=H/ZS計算(M為電動裝置應(yīng)滿足的總轉(zhuǎn)動圈數(shù),H為閥門開啟高度,S為閥桿傳動螺紋螺距,Z為閥桿螺紋頭數(shù))。
      5.氣動閥門執(zhí)行器有其特殊要求,即必須能夠限定轉(zhuǎn)矩或軸向力。通常閥門電動裝置采用限制轉(zhuǎn)矩的連軸器。當(dāng)電動裝置規(guī)格確定之后,其控制轉(zhuǎn)矩也就確定了。
      6.輸出轉(zhuǎn)速閥門的啟閉速度若過快,易產(chǎn)生水擊現(xiàn)象。因此,應(yīng)根據(jù)不同使用條件,選擇恰當(dāng)?shù)膯㈤]速度。


      3、設(shè)計和計算
      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,選擇閥的結(jié)構(gòu)型式,然后進(jìn)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、閥大輸出壓力、通氣能力、大操縱力和行程等。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(diǎn)在于進(jìn)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)見圖1。
      (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(jìn)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(jìn)氣通道有效面積Aa按下式計算[2]:

      氣動裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 
      型式    特點(diǎn) 
      薄膜式    行程短,<40mm,結(jié)構(gòu)緊湊,靈活,無手動機(jī)構(gòu) 
      氣缸式    行程長,必要時需加緩沖機(jī)構(gòu),出力不夠采用雙氣缸結(jié)構(gòu),有手動和手氣動切換結(jié)構(gòu)
      擺動式    結(jié)構(gòu)簡單,成本低,往復(fù)運(yùn)動直接變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動 
      氣動馬達(dá)式    可以直接代替閥門電動裝置的電動機(jī)而成為氣動裝置,因而可具有電動裝置的力矩控制等功能,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 

      式中:V――充氣總?cè)莘e;
      K――比熱比,絕熱充氣時,K=1.4;
      T――空氣的溫度,標(biāo)準(zhǔn)空氣的溫度T=293.15K;
      t1――充氣時間;
      R――氣體常數(shù),R=287.1N*m/kg/K;
      p1――閥輸入口壓力;
      p2――閥輸出口壓力;
      p20――氣缸內(nèi)在充氣開始前的壓力。
      ∵A1=Aa
      ∴根據(jù)結(jié)構(gòu)(見圖1和圖2),進(jìn)氣孔直徑
      按等面積原理,進(jìn)氣閥門與閥門座的軸向距離(開度)
      hc≥(d12-d012)/(4d1)(4)
      放氣通道有效面積按下式計算
      式中:t2――排氣時間;
      p20――氣缸內(nèi)排氣初始壓力;
      pa――外界壓力。
      其它符號意義同式(3)。
      放氣孔直徑(見圖1和圖2)
      放氣閥門與閥門座的軸向距離(開度)
      h2≥(d22-d022)/(4d)(7)


      (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(見圖3(b))可由式(1)得到
      式中:Fmax――給定的大操縱力。
      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(jìn)、排氣閥門的設(shè)計
      進(jìn)、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(diǎn),使閥門在工作過程中具有良好的補(bǔ)償功能;另外利用了金屬材料的強(qiáng)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(jī)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(jìn)、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(jìn)、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。閥門座型面結(jié)構(gòu)如圖2所示(其中:圖2(a)為進(jìn)氣閥門座,圖2(b)為排氣閥門座)。圖中高度h范圍內(nèi)為閥門座型面,R為密封面。R值小,閥的靈敏度高;R值大,閥的壽命長。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計,R在 0.3~0.5范圍內(nèi)取值較好。閥門座型面的粗糙度同樣也影響閥的密封性和壽命,粗糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm圖2中b為支承面。它是用來限制膠面過度變形,起保護(hù)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:
      k=Fmax/(h1+h2)(9)
      有了彈簧剛度、彈力和行程,便可進(jìn)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。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