调节阀选型指南之—弹簧范围的选择

发布时间:2010-07-20  点击数:2664
一、“标准弹簧范围”的错误说法应予纠正
    弹簧是气动调节阀的主要零件。弹簧范围是指一台调节阀在静态启动时的膜室压力到走完全行程时的膜室压力,字母用Pr表示。如Pr为20~100KPa,表示这台调节阀静态启动时膜室压力是20KPa,关闭时的膜室压力是100KPa。常用的弹簧范围有20~100KPa、20~60KPa、60~100KPa、60~180KPa、40~200KPa…由于气动仪表的标准信号是20~100KPa,因此传统的调节阀理论把与气动仪表标准信号一致的弹簧范围(20~100KPa)定义成标准弹簧范围。调节阀厂家按20~100KPa作为标准来出厂,这是十分错误的。
    为了保证调节阀正常关闭和启动,就必须用执行机构的输出力克服压差对阀芯产生的不平衡力,我们知道对气闭阀膜室信号压力首先保证阀的关闭到位,然后再继续增加的这部分力,才把阀芯压紧在阀座上克服压差把阀芯顶开。我们又知道,不带定位器调节阀的最大信号压力是100KPa,它所对应的20~100KPa的弹簧范围只能保证阀芯走到位,再也没有一个克服压差的力量,阀门工作时必然关不严造成内漏。为此,就必须调整或改变弹簧范围,但是,把它说成“标准弹簧范围”就出问题了,因为是标准就不能改动。如果我们坚持标准,按“标准弹簧范围”来调整,那么,它又怎么能投用呢?在现实中,却有许多使用厂家和安装公司;都坚持按“标准弹簧范围”20~100KPa来调整和验收调节阀,又确实发生阀门关不严的问题。错误的根源就在此。
    正确的提法应该是“设计弹簧范围”,是我们设计生产弹簧的零件参数。工作时根据气开气闭还要作出相应的调整,我们称为工作弹簧范围。仍以上述为例,设计弹范围20~100KPa,对气闭阀我们可以将工作弹簧范围调到10~90KPa,这样就有10KPa,作用在膜室的有效面积Ae上;又如气开阀,有气打开,无气时阀关闭,此时克服压差靠的是弹簧的预紧力。为了克服更大的压差,需调紧预紧力,还需带定位器,若定位器气源为140KPa,我们可以将设计弹簧范围20~100KPa调紧到50~130KPa,此时输出力为50Kpa×Ae。如果把20~100KPa作为标准弹簧固定的话,就只有20Kpa×Ae,带定位器也失去作用。由此可见,气开阀带定位器也必须调高弹簧范围的起点压力才能提高执行机构的输出力。
    对不带定位器的场合,气闭阀我们还可以设计20~80KPa,这样不带定位器仍有20KPa.Ae的输出力。所以弹簧范围应根据气开气闭、带定位器与否、压差产生的不平衡力作用的方向,三者结合起来才能设计出相适应的弹簧。为什么国外设计的弹簧很多,高达十几种,就是此道理。由此可见,标准弹簧范围的提法是错误的,它让人们在“标准”二字上而不能改动,误导人们死套20~100KPa来调校,结果造成无输出力或输出力不够。正确的提法应是:将“标准弹簧范围”提法取消,改为“设计弹簧范围”。其中20~100KPa的弹簧范围称为常用弹簧范围。
二、弹簧范围的选择
    弹簧范围的选择主要从调节阀的稳定性、输出力两方面考虑。
    1) 调节阀的稳定性上选择
    从调节阀的稳定性上选择,弹簧应该是越硬越好,如选用40~200KPa、60~180KPa的弹簧,它不仅克服轻微振荡、克服摩擦力,而且能使阀芯住复运动自如。
    2) 从输出力上选择
    由于执行机构的输出力是执行机构总的合力减去弹簧的张力、摩擦力、弹簧越软,其输出力就越大。所以,从输出力上考虑应该选择软弹簧(即小的弹簧范围)。
    3) 从综合性能上选定弹簧范围
    若从稳定性上选择,要选用弹簧范围大的硬弹簧;若从输出力来看,又应该选用弹簧范围小的软弹簧,两者互为矛盾,因此应予以综合考虑。在满足输出力的情况下,尽量选用范围大的硬弹簧。笔者建议,对薄膜调节阀充分利用定位器250KPa的气源,选用60~180KPa 的弹簧。它对气开阀有60KPa的输出力,对气闭阀有250-180=70KPa的输出力,其弹簧范围Pr为180-60=120KPa。再看传统的20~100KPa的弹簧配140KPa的气源时的输出力;气开阀为20KPa,气闭阀与140-100=40KPa,其弹簧范围Pr=100-20=80KPa。由此不难看出,无论从输出力、刚度上讲,我们建议选择60~180KPa的弹簧范围远远优越于常规弹簧范围。
    4) 特殊情况弹簧范围的选择
    若遇大口径、大压差、含颗粒等场合时,其弹簧范围的选定通过详细计算来满足。