氣動(dòng)減壓閥工作原理

氣動(dòng)減壓閥工作原理 氣動(dòng)減壓閥動(dòng)作原理 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 氣動(dòng)減壓閥 氣動(dòng)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(dòng)減壓閥工作原理氣動(dòng)裝置安全、可靠、成本低，使用維修方便，是閥門(mén)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的一大分支。目前氣動(dòng)裝置在具有防爆要求的場(chǎng)合應(yīng)用較多。閥門(mén)氣動(dòng)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(guò)大，因而閥門(mén)氣動(dòng)裝置的總推力不可能很大。超高壓氣動(dòng)減壓閥的工作原理如圖1所示。當(dāng)壓頭無(wú)外力作用時(shí)，氣源來(lái)的氣體由輸入口進(jìn)入閥體下部氣室，進(jìn)氣閥門(mén)在氣壓和復(fù)位彈簧的作用下與進(jìn)氣閥門(mén)座壓緊，閥輸出口無(wú)氣體輸出。當(dāng)壓頭受外力F作用時(shí)，壓頭下移，通過(guò)平衡彈簧壓縮復(fù)位彈簧1，將排氣閥門(mén)壓下與排氣閥門(mén)座接觸，使輸出口與大氣隔離，壓頭繼續(xù)下移，頂開(kāi)進(jìn)氣閥門(mén)，壓縮空氣由進(jìn)氣閥門(mén)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(mén)的開(kāi)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(shí)進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)外力消除后，進(jìn)氣閥門(mén)在氣壓和復(fù)位彈簧2的力作用下，向上移動(dòng)關(guān)閉。與此同時(shí)，壓頭與排氣閥門(mén)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(kāi)啟，原輸出的氣體由排氣閥門(mén)經(jīng)消聲器排入大氣。現(xiàn)在再來(lái)研究排氣閥門(mén)處于某一平衡位置時(shí)的狀態(tài)。忽略壓頭、排氣閥門(mén)等的重力和摩擦力，排氣閥門(mén)受力平衡方程為：

氣動(dòng)減壓閥工作原理
F=p1A1+p2(A2-A1)+Fs+Ff(1)
式中：Fs――兩個(gè)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(mén)的有效受壓面積，
A1=π(d12-d012)/4，
A2=π(d22-d022)/4;
d――排氣閥門(mén)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(dòng)減壓閥的工作原理一、閥門(mén)氣動(dòng)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(hào)電流    4~20mA 


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

1、薄膜氣缸 
2、膜片 ①盤(pán)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(dòng)操作機(jī)構(gòu) 
5、氣路附件 ① 回路系統(tǒng) ② 信號(hào)返回路 ③ 空氣過(guò)濾器 ④ 減壓閥油霧器 ⑤ 控制換向閥 
擺動(dòng)式    1、缸體 
2、定子 
3、轉(zhuǎn)子 
4、葉片 


三、各類(lèi)氣動(dòng)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(mén)電動(dòng)裝置的主機(jī)結(jié)構(gòu)有兩種：一種是不配置推力盤(pán)，直接輸出力矩；另一種是配置推力盤(pán)，輸出力矩通過(guò)推力盤(pán)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(mén)電動(dòng)裝置的主要參數(shù)，氣動(dòng)執(zhí)行器輸出力矩應(yīng)為閥門(mén)操作大力矩的1.2～1.5倍。
3.閥桿直徑對(duì)多回轉(zhuǎn)類(lèi)明桿閥門(mén)，如果電動(dòng)裝置允許通過(guò)的大閥桿直徑不能通過(guò)所配閥門(mén)的閥桿，便不能組裝成電動(dòng)閥門(mén)。因此，電動(dòng)裝置空心輸出軸的內(nèi)徑必須大于明桿閥門(mén)的閥桿外徑。對(duì)部分回轉(zhuǎn)閥門(mén)以及多回轉(zhuǎn)閥門(mén)中的暗桿閥門(mén)，雖不用考慮閥桿直徑的通過(guò)問(wèn)題，但在選配時(shí)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(dòng)圈數(shù)閥門(mén)電動(dòng)裝置輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的多少與閥門(mén)的公稱(chēng)通徑、閥桿螺距、螺紋頭數(shù)有關(guān)，要按M＝H／ZS計(jì)算（M為電動(dòng)裝置應(yīng)滿(mǎn)足的總轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，H為閥門(mén)開(kāi)啟高度，S為閥桿傳動(dòng)螺紋螺距，Z為閥桿螺紋頭數(shù)）。
5.氣動(dòng)閥門(mén)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(mén)電動(dòng)裝置采用限制轉(zhuǎn)矩的連軸器。當(dāng)電動(dòng)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(mén)的啟閉速度若過(guò)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(jì)和計(jì)算
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)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(jì)超高壓氣動(dòng)減壓閥一般是先根據(jù)給定的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)和計(jì)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(jì)平衡彈簧等。閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于進(jìn)氣閥門(mén)、排氣閥門(mén)和活門(mén)座的密封結(jié)構(gòu)，因?yàn)闅怏w粘度小，且工作壓力高，容易泄漏。閥的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
(1)通氣能力計(jì)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(shí)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(guò)程中時(shí)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(jì)算[2]：



氣動(dòng)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(wú)手動(dòng)機(jī)構(gòu) 
氣缸式    行程長(zhǎng)，必要時(shí)需加緩沖機(jī)構(gòu)，出力不夠采用雙氣缸結(jié)構(gòu)，有手動(dòng)和手氣動(dòng)切換結(jié)構(gòu)
擺動(dòng)式    結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，往復(fù)運(yùn)動(dòng)直接變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 
氣動(dòng)馬達(dá)式    可以直接代替閥門(mén)電動(dòng)裝置的電動(dòng)機(jī)而成為氣動(dòng)裝置，因而可具有電動(dòng)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(shí)，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(shí)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(kāi)始前的壓力。
∵A1=Aa
∴根據(jù)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1和圖2)，進(jìn)氣孔直徑
按等面積原理，進(jìn)氣閥門(mén)與閥門(mén)座的軸向距離(開(kāi)度)
hc≥(d12-d012)/(4d1)(4)
放氣通道有效面積按下式計(jì)算
式中：t2――排氣時(shí)間;
p20――氣缸內(nèi)排氣初始?jí)毫?
pa――外界壓力。
其它符號(hào)意義同式(3)。
放氣孔直徑(見(jiàn)圖1和圖2)
放氣閥門(mén)與閥門(mén)座的軸向距離(開(kāi)度)
h2≥(d22-d022)/(4d)(7)


(2)排氣閥座直徑的計(jì)算
由閥的工作原理知道，排氣閥門(mén)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(mén)座直徑又受到操縱力的限制。排氣閥門(mén)座直徑(見(jiàn)圖3(b))可由式(1)得到
式中：Fmax――給定的大操縱力。
在滿(mǎn)足操縱力值的前提下，排氣閥門(mén)座直徑盡可能取大值。


(3)進(jìn)、排氣閥門(mén)的設(shè)計(jì)
進(jìn)、排氣閥門(mén)的設(shè)計(jì)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(mén)結(jié)構(gòu)采用金屬包膠閥門(mén)(所謂金屬包膠閥門(mén)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(mén)在工作過(guò)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(mén)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(mén)座型面高度h選取，橡膠壓縮量在(20～25)%為宜。
進(jìn)、排氣閥門(mén)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(mén)座型面的設(shè)計(jì)
閥門(mén)座型面與閥門(mén)的橡膠面直接接觸，在工作過(guò)程中使膠面變形，起密封作用，而且對(duì)閥的壽命影響很大。閥門(mén)座型面結(jié)構(gòu)如圖2所示(其中：圖2(a)為進(jìn)氣閥門(mén)座，圖2(b)為排氣閥門(mén)座)。圖中高度h范圍內(nèi)為閥門(mén)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(zhǎng)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，R在 0.3～0.5范圍內(nèi)取值較好。閥門(mén)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(lái)限制膠面過(guò)度變形，起保護(hù)膠面的作用。
(5)平衡彈簧的設(shè)計(jì)
根據(jù)閥的性能分析，平衡彈簧與排氣閥門(mén)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(guò)長(zhǎng)。它受到給定行程的限制，應(yīng)根據(jù)給定的參數(shù)設(shè)計(jì)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(jì)了。兩個(gè)復(fù)位彈簧的剛度可設(shè)計(jì)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