氣動減壓閥工作原理

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入閥體下部氣室，進氣閥門在氣壓和復(fù)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(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，頂開進氣閥門，壓縮空氣由進氣閥門控制的通道進入閥后面的執(zhí)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(guān)閉。當(dāng)外力消除后，進氣閥門在氣壓和復(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。現(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、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 
一、選擇依據(jù)介紹：
1.操作推力閥門電動裝置的主機結(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)計重點在于進氣閥門、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。因此閥的進氣通道有效面積Aa按下式計算[2]：



氣動裝置結(jié)構(gòu)特點 
型式    特點 
薄膜式    行程短，＜40mm，結(jié)構(gòu)緊湊，靈活，無手動機構(gòu) 
氣缸式    行程長，必要時需加緩沖機構(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)運動直接變成旋轉(zhuǎn)運動 
氣動馬達式    可以直接代替閥門電動裝置的電動機而成為氣動裝置，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)，進氣孔直徑
按等面積原理，進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、排氣閥門的設(shè)計
進、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，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(jù)其機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、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、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