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减压阀使用比例调节的情况跟设计思路

2021-07-10 14:52:51
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(一)、减压阀使用比例调节的情况
从驱动结构来说,减压阀因其膜片两侧所能承受的压力相对较小,故只能用于低压工况。活塞式减压阀与膜片式相比,活塞所允许的行程较大故调压范围大,但由于活塞在缸体中摩擦较大,因此灵敏度比薄膜式减压阀低。另外,其制造工艺要求严格,易产生卡阻或泄漏现象,从而影响它的灵敏度,但其能够承受的压差范围较大,且体积小,安装方便,故在高压工况下应用常见。波纹管式减压阀在介质为蒸汽、空气和水的管路中均可使用,但因波纹管承压有限,故与膜片式减压阀类似也只适用于压力较低的场合。杠杆式减压阀则常用于管路中气、水等介质需使用比例调节的情况。
自力式减压阀不需要专门的驱动装置,采用流体介质自驱动,具有体积小、使用经济等优点,不需要任何外加能源,能在无电、无气的场所工作,且结构简单、维护量小,在各行各业均有广泛应用。由二供水管网一般布置在马路上或郊外,供电不太方便,因此供水管网主要使用的是带先导阀的自力式减压阀。套筒式减压阀是指节流元件(套筒)采用圆筒形结构,上面沿周向布置孔槽,通过套筒的轴向移动改变参与工作的孔槽的面积的减压阀。套筒式减压阀一般由作用活塞上的差压驱动。若无特别声明,本文中提到的所有减压阀都是指带先导阀的套筒式减压阀。它具有以下四个结构特点:活塞差压水力驱动、无橡胶膜片、带先导阀、单阀座结构。
套筒式减压阀其消能原理。它利用射流对撞消能原理,使闪蒸产生的气泡在套筒中间破裂,消能效果好,抗气蚀效果优良,具有寿命长,工作噪声低等特点。本文研究的先导式减压阀是套筒式减压阀。
与相比,目前我国传统的减压阀还存在很多技术难题没有解决,如启闭响应缓慢、泄漏、振动噪声大、性能差、寿命短等,己经不能满足现代工业生产的要求。我国国内减压阀生产厂家普遍规模小、层次低、主要仿造技术生产低端产品,故普通工业上普遍使用的仍然是低质量的大众产品,而诸如航空航天、石化石油及深海作业等所需要的减压阀、高压高温减压阀以及适应复杂工况的减压阀依然依赖,不利于我国产业的进一步发展。
减压阀控制器是一种具有自动控制功能的控制设备,具备自动分时控制、远程监控、故障预警等功能,能实现对减压阀的自动控制。若无特别说明,本文中提到的减压阀控制器均指自力式减压阀控制器,它通过控制自力式减压阀的导阀,达到改变减压阀阀后出口压力的目的。安德鲁·罗兰·控制器和智能减压阀的雏形,利用减压阀控制的不仅是阀后压力,而是区域临界点的较小所需压力。控制模型是基于流量的压力相关性模型,通过无线传输系统和服务器存储转发实现闭环控制,若区域临界点的压力低于限值,将对阀后压力进行调整,这些控制决策由服务器完成。
因此,结合产品的结构特点,开展智能减压阀的设计,对影响其性能的关键技术进行研究,对于提升产品的智能化水平和科技含量、改变现有产品的结构性能、降低产品的成本和实现产品系列化生产等有着重要作用,对于提升减压阀产品的竞争力也有重要的战略意义。
(二)、大溢流减压阀的设计思路
目前较常用的200X型先导式减压阀的结构形式可分为:膜片式、活塞式、波纹管式等。
膜片式减压阀的减压比受到膜片自身特性的影响,减压比的较大值一般较小,膜片式减压阀结构简单,体积小,噪声较大,当阀前压力大幅度变化或阀后流量大幅度变化时,阀后压力稳定性较差。
活塞式减压阀体积大,结构相对复杂,噪声少,介质流态较好,阀前压力大幅度变化或阀后流量大幅度变化时,阀后压力的稳定性较好。
波纹管减压阀的工作过程由阀后压力进行控制,当压力感应器检测到阀后压力升高,减压阀阀口开度减小;当检测到阀后压力减小,阀口开度增大。
根据本文需要设计的减压阀的特点,选择活塞式减压阀较为合适。
减压阀按压力控制方式可分为直动式和先导式。
直动式减压阀由弹簧力控制减压阀的开启程度,在这种减压阀中,调节弹簧弹性系数一般很大,否则难以满足压紧密封和调节敏感度的要求,而弹簧弹性系数增大又会导致在流量变化时阀后压力波动较大的问题。在目前市场上销售的减压阀中,200X型先导式减压阀主要有两类:一类是体积不大的直动式减压阀,基本都是用于小流量且流量范围变化不大的工况下。另一类是体积较大的直动式减压阀,这类减压阀在设计时,利用增大阀体内气腔体积的办法,弹黄对流量特性的影响,但是也造成了制造成本较大、耗材浪费、体积大、笨重的问题。
先导式减压阀利用气体压力控制阀口的开启程度,以先导腔压力变化控制阀口开度的变化。先导式减压阀还分为内部先导式与外部先导式,区别主要在于先导压力的控制部分是否与主阀一体化。先导式减压阀排除了弹簧弹性系数对流量特性的影响,使阀后压力在流量变化时的稳定范围大。且在许多工况下,需要以上级的动作或压力判断减压阀的输出压力,为了能够控制减压阀的动作和输出压力,选择先导式减压阀较为合适。然而,先导式减压阀也有自身缺陷,比如先导式减压阀需要进行额外的气体压力的控制,也需要增加数据采集卡、传感器等许多其他部件。在目前来看,先导式减压阀的应用成本远大于直动式减压阀,且控制先导式减压阀需要设计算法、编写程序,实际操作上也比直动式减压阀为复杂。
两减压阀的膜片及膜片以下部分结构基本相同,区别主要存在于膜片上方部分。直动式减压阀的调节弹簧通过弹簧座压迫膜片,使膜片能够上下运动,控制阀口开度;而先导式减压阀通过膜片上方腔体中的压力变化控制膜片的运动。

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