氣動減壓閥的設計重點 氣動減壓閥的設計重點和注意事項 氣動壓力減壓閥的設計重點
之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現(xiàn)在介紹氣動減壓閥的結構見圖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、反饋導管、調(diào)壓柱、閥芯、復位彈簧等等。在三聯(lián)件中，減壓閥的設計是復雜、難的一部分。
1、氣動減壓閥的本體設計
氣動減壓閥的本體是整個減壓閥的基體，外觀設計要求、內(nèi)部的流道設計原則同空氣過濾器相似，請參考過濾器篇。本體的材料也多選用壓鑄鋁合金或鋅合金。
氣動減壓閥的本體內(nèi)部要比空氣過濾器的本體復雜許多。它的流道的設計，要注意三點。一是進氣面積，設計要求同空氣過濾器。二是流道要短，在滿足強度的前提下，盡量將火山口位置靠近進氣口。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，另外也會在通過出氣口時有較高的流速。四是氣動減壓閥的出氣側(cè)要留有壓力表的安裝空間。閥體要有醒目的氣體流動方向標志。

2、氣動減壓閥的主調(diào)壓彈簧部分設計
主調(diào)壓彈簧的設計就是確定四個參數(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)壓座的結構限制，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)壓范圍氣動三聯(lián)件設計淺析—減壓閥和調(diào)壓膜片組合的有效面積有關。在確定了大作用力后，就可以根據(jù)彈簧的設計公式來調(diào)整彈簧的這四個參數(shù)。筆者建議設計者用Excel制作一個彈簧的設計表格，設計時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。
設計時，在完成設計主體時還要多注意細節(jié)的設計。這些細節(jié)包括安全方面、人體力學方面等等。比如在安全方面，由于主調(diào)壓彈簧有很大的作用力（多達幾百公斤力），所以主調(diào)壓座必須要有足夠的強度來承擔這些作用力，主調(diào)壓座的材料為PA、POM，較大通徑時用壓鑄鋁；主調(diào)壓座的上部多設計成齒狀，便于調(diào)節(jié)后鎖定調(diào)壓旋鈕；一般要設計有醒目的調(diào)壓標志環(huán)，調(diào)節(jié)時，需拉起調(diào)節(jié)旋鈕，露出調(diào)壓標志，鎖定時遮住調(diào)壓標志環(huán)；長久不使用時，應將調(diào)壓彈簧*旋松。比如在人體力學方面，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，可以通過細化調(diào)節(jié)扣位處的設計來滿足。

氣動減壓閥的設計重點

在氣動技術中，空氣過濾器、減壓閥和油霧器合稱為氣動三大件，減壓閥是其中*的一部分。本文主要介紹設計心得，關于設計理論、計算公式等方面由于有眾多書籍詳細介紹，因此本文并不過多涉及。

氣動減壓閥也叫調(diào)壓閥，是將較高的進口壓力調(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。氣動減壓閥按壓力調(diào)節(jié)方式，有直動式減壓閥和先導式減壓閥，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式減壓閥。
一、直動式減壓閥的工作原理
直動式減壓閥是用調(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進行調(diào)節(jié)。拉起并順時針旋轉(zhuǎn)主調(diào)壓旋鈕6，主調(diào)壓彈簧4被壓縮，推動膜片組合3和調(diào)壓柱8下移，推動閥芯10，增大閥口開度使P2增大。出口壓力氣體經(jīng)反饋導管2進入膜片室，在膜片組合3上產(chǎn)生一個向上推力。當此推力與主調(diào)壓彈簧力平衡時，出口壓力便穩(wěn)定在一定值。若反時針旋轉(zhuǎn)主調(diào)壓旋鈕6，閥口的開度減小，P2隨之減小。
若進口壓力有波動，例如P1瞬時升高，則出口壓力P2也隨之升高，通過反饋導管2使膜片室內(nèi)壓力升高，在膜片組合3上產(chǎn)生的推力相應增大，此推力破壞了原來力的平衡，使膜片組合3向上移動，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，靠復位彈簧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，溢流孔關閉，達到新的平衡，輸出壓力基本又恢復原值。若輸入壓力瞬時下降，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。
若進口壓力不變，輸出流量變化，使出口壓力P2發(fā)生波動（增高或降低）時，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調(diào)壓柱8上下移動，仍能起到穩(wěn)壓作用。
當輸出流量為零時，出口壓力經(jīng)過反饋導管2進入膜片室，推動膜片組合3上移，調(diào)壓柱8在復位彈簧1的推動下上移，閥口關閉，保證出口壓力恒定。當輸出流量很大時，高速氣流使反饋導管2處產(chǎn)生負壓，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，靠復位彈簧1的作用逐漸關閉閥口。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)負載變動的場合，如進行頻繁調(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、氣動減壓閥的設計重點減壓閥的主要性能指標
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。
2、流量特性 指在一定的進口壓力下，輸出壓力與輸出流量的關系。當輸出流量發(fā)生變化時，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，出口壓力和進口壓力之間的關系。進口壓力變化時，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 指在設定壓力下，出口壓力偏離（高于）設定值時，從溢流孔排出的流量大小。
3、氣動減壓閥的膜片組合設計
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,水減壓閥氣動減壓閥的膜片組合是這個閥中的關鍵部件。它要承受多達幾百公斤的壓力。
膜片組合結構見圖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。膜片有效直徑的計算見式1。
d2=4*（d12+d1*d2+d22）/9 （式1）
影響膜片組合設計的主要是膜片硬芯直徑和膜片厚度，不僅要考慮它們對膜片中心擾度的影響，還要考慮其對膜片應力的影響，以確保大應力值不超過許用應力。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時有伸縮余量。硬芯在設計時在接觸膜片一側(cè)要有環(huán)形突起，組合時要保證結合位密封，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，增加了對膜片強度的要求。

4、氣動減壓閥的反饋導管設計
反饋導管裝在氣動減壓閥的出口端，伸出端切成45度，方向朝出口側(cè)，不能裝反，所以設計時要注意有方向要求。它的設計原理見圖3。
由于出氣口面積小于閥口面積，氣體被迫加速流動，高速流動的氣體在遇到導管的阻擋后形成紊流，導管的背面會有一定的負壓，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，同時可以改善減壓閥的動態(tài)性能，負載突變（突然變化或不穩(wěn)定）時起阻尼作用，避免振蕩發(fā)生。另外，產(chǎn)生的高速氣流對油霧器起霧有利。

5、氣動減壓閥的設計重點氣動減壓閥的閥芯部分設計
閥心部分包括調(diào)節(jié)桿、閥芯、復位彈簧等部分組成。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，就可以消除進氣壓力P1變化對出氣壓力P2造成的影響。出氣壓力P2僅與主調(diào)壓彈簧、復位彈簧和閥口大小有關。采用此種設計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，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，否則閥芯下降時調(diào)壓柱在調(diào)壓柱密封圈的阻力下不會一起下降，無法打開溢流口。調(diào)壓柱頭部應光滑，無劃痕，否則會影響與溢流口的密封效果。

氣動減壓閥的設計重點復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，復位彈簧的兩端也要磨平。火山口不可以太尖，易損傷閥芯的包膠層。與本產(chǎn)品相關論文：禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護