先導式調節閥密封結構分析
1、先導式調節閥的閥瓣
先導閥閥瓣由閥桿、銷、套筒、連接螺釘、壓板、先導閥瓣、導向環、主閥瓣、彈簧和止轉銷組成。當閥門關閉時。閥桿在執行機構作用下位移,帶動先導閥瓣關閉。同時通過先導閥瓣將主閥瓣關閉。這時介質通過導向環及主閥瓣與套筒的間隙進入套筒上腔壓在主閥瓣上, 從而使閥門嚴密關閉。其中主閥瓣靠執行機構輸出力和介質背壓嚴密關閉, 先導閥瓣靠執行機構輸出力嚴密關閉, 其關閉時密封比壓為
式中 qo ———必須比壓, MPa
q ———實際比壓, MPa
Ko ———執行機構膜室有效輸出壓力, MPa
A e ———執行機構有效面積, mm2
D ———閥瓣被壓有效直徑, mm
ΔP ———關閉最大壓差, MPa
dn ———閥座直徑, mm
bm ———閥座密封面有效寬度, mm
[q] ———閥瓣和閥座許用比壓, MPa
圖3 套筒
圖4 主閥瓣
當閥門開啟時, 由于閥瓣上有背壓, 先導閥瓣是平衡設計的, 主閥瓣是非平衡設計的, 所以執行機構通過閥桿首先打開先導閥瓣, 介質通過導向環及主閥瓣與套筒間隙和先導閥瓣閥座的通道流到閥門下游, 由于先導閥瓣閥座通道的流通能力遠大于導向環及主閥瓣與套筒的間隙的流通能力, 因而建立起閥前閥后的壓力平衡, 這時主閥瓣只需較小的力就隨著先導閥瓣的開啟隨之打開。
2、先導式調節閥的結構設計
先導式調節閥閥瓣的設計除了要考慮閥門的關閉性能, 還要考慮閥門的穩定性能和調節性能等。先導閥瓣閥座通道要滿足流通能力大于導向環及主閥瓣與套筒間隙的流通能力和其開啟的開度控制在閥門開度的10 %以下, 否則將會產生閥門打不開或小流量范圍無法調節的問題。
彈簧的設計原則要滿足彈簧的剛度能夠抵抗介質壓力的波動, 否則在先導閥瓣和主閥瓣之間會產生振動等問題。
導向環的作用主要是增加閥瓣組件的穩定性,限制主閥瓣與套筒因溫度原因所設計的間隙較大造成間隙流通能力與先導閥瓣閥座通道流通能力不匹配的問題。
止轉銷的作用是控制先導閥瓣和主閥瓣因渦流而產生的轉動趨勢。而彈簧控制的是先導閥瓣和主閥瓣上下方向振動的趨勢。
3、先導式調節閥的加工
先導閥在加工時, 除了要保證設計的尺寸精度, 還要保證位置精度和表面粗糙度并防止零件產生變形。其密封面的表面粗糙度Ra < 018μm , 導向面的表面粗糙度Ra < 116μm。在閥瓣組件的制造過程中, 要注意防止套筒的變形, 尤其是大口徑閥門的套筒。為防止套筒因加工時產生變形, 套筒在加工時應采用必要的工裝, 避免因卡裝產生零件的變形。首先對套筒進行粗加工, 然后上工裝, 對套筒進行精加工。在加工時, 要采取合理的進給量和走刀量等, 保證套筒導向面粗糙度Ra < 312μm ,然后采取磨削加工使其表面粗糙度Ra < 116 μm ,以保證閥門的運動精度和降低摩擦力。對于大口徑閥門套筒要增加時效工序, 降低因加工引起的零件變形。
合理的結構設計和加工工藝設計, 是保證閥門密封的重要前提。隨著先導式調節閥在自動控制系統越來越多的應用, 其實踐經驗和制造技術水平將會得到進一步的完善和提高。
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