先導(dǎo)式調(diào)節(jié)閥密封結(jié)構(gòu)分析
1、先導(dǎo)式調(diào)節(jié)閥的閥瓣
先導(dǎo)閥閥瓣由閥桿、銷(xiāo)、套筒、連接螺釘、壓板、先導(dǎo)閥瓣、導(dǎo)向環(huán)、主閥瓣、彈簧和止轉(zhuǎn)銷(xiāo)組成。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉時(shí)。閥桿在執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用下位移,帶動(dòng)先導(dǎo)閥瓣關(guān)閉。同時(shí)通過(guò)先導(dǎo)閥瓣將主閥瓣關(guān)閉。這時(shí)介質(zhì)通過(guò)導(dǎo)向環(huán)及主閥瓣與套筒的間隙進(jìn)入套筒上腔壓在主閥瓣上, 從而使閥門(mén)嚴(yán)密關(guān)閉。其中主閥瓣靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力和介質(zhì)背壓嚴(yán)密關(guān)閉, 先導(dǎo)閥瓣靠執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力嚴(yán)密關(guān)閉, 其關(guān)閉時(shí)密封比壓為
式中 qo ———必須比壓, MPa
q ———實(shí)際比壓, MPa
Ko ———執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜室有效輸出壓力, MPa
A e ———執(zhí)行機(jī)構(gòu)有效面積, mm2
D ———閥瓣被壓有效直徑, mm
ΔP ———關(guān)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(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí), 由于閥瓣上有背壓, 先導(dǎo)閥瓣是平衡設(shè)計(jì)的, 主閥瓣是非平衡設(shè)計(jì)的, 所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)閥桿首先打開(kāi)先導(dǎo)閥瓣, 介質(zhì)通過(guò)導(dǎo)向環(huán)及主閥瓣與套筒間隙和先導(dǎo)閥瓣閥座的通道流到閥門(mén)下游, 由于先導(dǎo)閥瓣閥座通道的流通能力遠(yuǎn)大于導(dǎo)向環(huán)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(shí)主閥瓣只需較小的力就隨著先導(dǎo)閥瓣的開(kāi)啟隨之打開(kāi)。
2、先導(dǎo)式調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
先導(dǎo)式調(diào)節(jié)閥閥瓣的設(shè)計(jì)除了要考慮閥門(mén)的關(guān)閉性能, 還要考慮閥門(mén)的穩(wěn)定性能和調(diào)節(jié)性能等。先導(dǎo)閥瓣閥座通道要滿足流通能力大于導(dǎo)向環(huán)及主閥瓣與套筒間隙的流通能力和其開(kāi)啟的開(kāi)度控制在閥門(mén)開(kāi)度的10 %以下, 否則將會(huì)產(chǎn)生閥門(mén)打不開(kāi)或小流量范圍無(wú)法調(diào)節(jié)的問(wèn)題。
彈簧的設(shè)計(jì)原則要滿足彈簧的剛度能夠抵抗介質(zhì)壓力的波動(dòng), 否則在先導(dǎo)閥瓣和主閥瓣之間會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)等問(wèn)題。
導(dǎo)向環(huán)的作用主要是增加閥瓣組件的穩(wěn)定性,限制主閥瓣與套筒因溫度原因所設(shè)計(jì)的間隙較大造成間隙流通能力與先導(dǎo)閥瓣閥座通道流通能力不匹配的問(wèn)題。
止轉(zhuǎn)銷(xiāo)的作用是控制先導(dǎo)閥瓣和主閥瓣因渦流而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)。而彈簧控制的是先導(dǎo)閥瓣和主閥瓣上下方向振動(dòng)的趨勢(shì)。
3、先導(dǎo)式調(diào)節(jié)閥的加工
先導(dǎo)閥在加工時(shí), 除了要保證設(shè)計(jì)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(chǎn)生變形。其密封面的表面粗糙度Ra < 018μm , 導(dǎo)向面的表面粗糙度Ra < 116μm。在閥瓣組件的制造過(guò)程中, 要注意防止套筒的變形, 尤其是大口徑閥門(mén)的套筒。為防止套筒因加工時(shí)產(chǎn)生變形, 套筒在加工時(shí)應(yīng)采用必要的工裝, 避免因卡裝產(chǎn)生零件的變形。首先對(duì)套筒進(jìn)行粗加工, 然后上工裝, 對(duì)套筒進(jìn)行精加工。在加工時(shí), 要采取合理的進(jìn)給量和走刀量等, 保證套筒導(dǎo)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(mén)的運(yùn)動(dòng)精度和降低摩擦力。對(duì)于大口徑閥門(mén)套筒要增加時(shí)效工序, 降低因加工引起的零件變形。
合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝設(shè)計(jì), 是保證閥門(mén)密封的重要前提。隨著先導(dǎo)式調(diào)節(jié)閥在自動(dòng)控制系統(tǒng)越來(lái)越多的應(yīng)用, 其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和制造技術(shù)水平將會(huì)得到進(jìn)一步的完善和提高。
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