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氣動(dòng)減壓閥帶壓力變送器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

  • 發(fā)布日期:2018/4/26      瀏覽次數(shù):771
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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)壓力減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)
    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。
    1、氣動(dòng)減壓閥的本體設(shè)計(jì)
    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。

    氣動(dòng)減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

    在氣動(dòng)技術(shù)中,空氣過濾器、減壓閥和油霧器合稱為氣動(dòng)三大件,減壓閥是其中*的一部分。本文主要介紹設(shè)計(jì)心得,關(guān)于設(shè)計(jì)理論、計(jì)算公式等方面由于有眾多書籍詳細(xì)介紹,因此本文并不過多涉及。


    氣動(dòng)減壓閥也叫調(diào)壓閥,是將較高的進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)并降低到要求的出口壓力,并能保證出口壓力穩(wěn)定,即起到減壓和穩(wěn)壓作用。氣動(dòng)減壓閥按壓力調(diào)節(jié)方式,有直動(dòng)式減壓閥和先導(dǎo)式減壓閥,后者適用在較大通徑的場合,兩者的調(diào)壓原理相似,因此這里只介紹直動(dòng)式減壓閥。
    一、直動(dòng)式減壓閥的工作原理
    直動(dòng)式減壓閥是用調(diào)節(jié)鈕直接調(diào)節(jié)調(diào)壓彈簧來改變閥的出口壓力,有活塞式和膜片式兩種。這里只介紹常用的膜片式減壓閥。膜片式減壓閥適合通徑小于20毫米,輸出壓力為0~0.63MPa的情況下,較大通徑或較大輸出壓力由于需要調(diào)壓彈簧的剛性太大,調(diào)節(jié)比較困難,一般采用先導(dǎo)式減壓閥。
    壓力為P1的壓縮空氣,由左端輸入經(jīng)閥口節(jié)流后,壓力降為P2輸出。P2的大小可由主調(diào)壓彈簧4進(jìn)行調(diào)節(jié)。拉起并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)主調(diào)壓旋鈕6,主調(diào)壓彈簧4被壓縮,推動(dòng)膜片組合3和調(diào)壓柱8下移,推動(dòng)閥芯10,增大閥口開度使P2增大。出口壓力氣體經(jīng)反饋導(dǎo)管2進(jìn)入膜片室,在膜片組合3上產(chǎn)生一個(gè)向上推力。當(dāng)此推力與主調(diào)壓彈簧力平衡時(shí),出口壓力便穩(wěn)定在一定值。若反時(shí)針旋轉(zhuǎn)主調(diào)壓旋鈕6,閥口的開度減小,P2隨之減小。
    若進(jìn)口壓力有波動(dòng),例如P1瞬時(shí)升高,則出口壓力P2也隨之升高,通過反饋導(dǎo)管2使膜片室內(nèi)壓力升高,在膜片組合3上產(chǎn)生的推力相應(yīng)增大,此推力破壞了原來力的平衡,使膜片組合3向上移動(dòng),溢流孔打開,有少部分溢流氣體經(jīng)溢流孔、排氣孔排出。在膜片組合3上移的同時(shí),靠復(fù)位彈簧1的作用,使調(diào)壓柱8上移,閥口開度減小,節(jié)流作用增大,使出口壓力回降,溢流孔關(guān)閉,達(dá)到新的平衡,輸出壓力基本又恢復(fù)原值。若輸入壓力瞬時(shí)下降,輸出壓力也下降、膜片組合3和調(diào)壓柱8隨之下移,閥口開度加大,節(jié)流作用減小,使輸出壓力也基本回到原來值。
    若進(jìn)口壓力不變,輸出流量變化,使出口壓力P2發(fā)生波動(dòng)(增高或降低)時(shí),依靠溢流孔的溢流作用和膜片組合3上力的平衡作用推動(dòng)調(diào)壓柱8上下移動(dòng),仍能起到穩(wěn)壓作用。
    當(dāng)輸出流量為零時(shí),出口壓力經(jīng)過反饋導(dǎo)管2進(jìn)入膜片室,推動(dòng)膜片組合3上移,調(diào)壓柱8在復(fù)位彈簧1的推動(dòng)下上移,閥口關(guān)閉,保證出口壓力恒定。當(dāng)輸出流量很大時(shí),高速氣流使反饋導(dǎo)管2處產(chǎn)生負(fù)壓,吸出膜片室內(nèi)的部分氣體使膜片室壓力下降,閥口開度加大,仍然可以保持膜片上的力平衡。
    如果逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)主調(diào)壓旋鈕6,使主調(diào)壓彈簧4的變形不斷減小,氣體作用在膜片組合3上的推力大于調(diào)壓彈簧的作用力,膜片組合3上移,靠復(fù)位彈簧1的作用逐漸關(guān)閉閥口。膜片室中的壓縮空氣經(jīng)溢流孔、排氣孔不斷排出,直至閥處于無輸出狀態(tài),出口壓力降為零。
    溢流式減壓閥是靠閥口的節(jié)流作用減壓,靠膜片上力的平衡作用和溢流孔的溢流作用穩(wěn)壓;調(diào)節(jié)主調(diào)壓彈簧即可使輸出壓力在一定范圍內(nèi)改變。
    溢流式減壓閥經(jīng)常用于二次側(cè)負(fù)載變動(dòng)的場合,如進(jìn)行頻繁調(diào)整的場合、二次側(cè)有容器(如氣缸)的場合。在使用過程中,由于經(jīng)常要從溢流孔排出少量氣體,因此不適用于工作介質(zhì)為有害氣體或食品等行業(yè)的氣路中。


    二、氣動(dòng)減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)減壓閥的主要性能指標(biāo)
    1、調(diào)壓范圍 指減壓閥輸出壓力P2的可調(diào)范圍,在此壓力范圍內(nèi)要求達(dá)到規(guī)定的穩(wěn)壓精度。使用壓力處于調(diào)壓范圍上限值的30%~80%。調(diào)壓范圍主要與調(diào)壓彈簧的剛度有關(guān)。
    2、流量特性 指在一定的進(jìn)口壓力下,輸出壓力與輸出流量的關(guān)系。當(dāng)輸出流量發(fā)生變化時(shí),輸出壓力的變化越小越好。一般輸出壓力越低,它隨輸出流量的變化波動(dòng)就越小。
    3、壓力特性 指在輸出流量基本不變的條件下,出口壓力和進(jìn)口壓力之間的關(guān)系。進(jìn)口壓力變化時(shí),出口壓力變化越小,減壓閥的特性就越好。輸出壓力必須低于輸入壓力—定值才基本上不隨輸入壓力變化而變化。
    4、溢流特性 指在設(shè)定壓力下,出口壓力偏離(高于)設(shè)定值時(shí),從溢流孔排出的流量大小。
    3、氣動(dòng)減壓閥的膜片組合設(shè)計(jì)
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有:蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥氣動(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。
    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)減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)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。


    氣動(dòng)減壓閥的設(shè)計(jì)重點(diǎn)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。與本產(chǎn)品相關(guān)論文:禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù)