先导式调节阀的工作原理、密封结构及加工分析

发布时间:2010-12-31  点击数:3662
    先导式调节阀以其结构紧凑、体积小、密封效果好、切断能力高(可达到公称压力)、适用范围广和使用寿命长等特点,在自动控制系统中得到越来越广泛的应用。该阀可作放空切断阀使用,尤其高温、高压和大口径要求切断的场合。
一、工作原理


    先导式调节阀(图1)具有自上而下流动的结构及单独的压力平衡先导阀瓣,随着调节阀的关闭,压力通过主阀瓣与套筒的间隙使阀瓣关闭时产生背压,有利阀座的密封,当先导阀瓣和主阀瓣满足必须比压时,介质压力越高,阀门密封越严密。当要打开阀门时,让执行机构提升阀杆,首先打开先导阀瓣,由于先导阀阀瓣对主阀瓣与套筒的间隙具有更大的流通能力,使主阀瓣建立平衡,从而以较小的力打开主阀瓣。
二、先导阀瓣
    先导阀阀瓣由阀杆、销、套筒、连接螺钉、压板、先导阀瓣、导向环、主阀瓣、弹簧和止转销组成。当阀门关闭时。阀杆在执行机构作用下位移,带动先导阀瓣关闭。同时通过先导阀瓣将主阀瓣关闭。这时介质通过导向环及主阀瓣与套筒的间隙进入套筒上腔压在主阀瓣上,从而使阀门严密关闭。其中主阀瓣靠执行机构输出力和介质背压严密关闭,先导阀瓣靠执行机构输出力严密关闭,其关闭时密封比压为

    式中qo———必须比压,MPa
    q———实际比压,MPa
    Ko———执行机构膜室有效输出压力,MPa
    Ae———执行机构有效面积,mm2
    D———阀瓣被压有效直径,mm
    ΔP———关闭最大压差,MPa
    dn———阀座直径,mm
    bm———阀座密封面有效宽度,mm
    [q]———阀瓣和阀座许用比压,MPa

    当阀门开启时,由于阀瓣上有背压,先导阀瓣是平衡设计的,主阀瓣是非平衡设计的,所以执行机构通过阀杆首先打开先导阀瓣,介质通过导向环及主阀瓣与套筒间隙和先导阀瓣阀座的通道流到阀门下游,由于先导阀瓣阀座通道的流通能力远大于导向环及主阀瓣与套筒的间隙的流通能力,因而建立起阀前阀后的压力平衡,这时主阀瓣只需较小的力就随着先导阀瓣的开启随之打开。
三、结构设计
    先导式调节阀阀瓣的设计除了要考虑阀门的关闭性能,还要考虑阀门的稳定性能和调节性能等。先导阀瓣阀座通道要满足流通能力大于导向环及主阀瓣与套筒间隙的流通能力和其开启的开度控制在阀门开度的10%以下,否则将会产生阀门打不开或小流量范围无法调节的问题。
    弹簧的设计原则要满足弹簧的刚度能够抵抗介质压力的波动,否则在先导阀瓣和主阀瓣之间会产生振动等问题。
    导向环的作用主要是增加阀瓣组件的稳定性,限制主阀瓣与套筒因温度原因所设计的间隙较大造成间隙流通能力与先导阀瓣阀座通道流通能力不匹配的问题。
    止转销的作用是控制先导阀瓣和主阀瓣因涡流而产生的转动趋势。而弹簧控制的是先导阀瓣和主阀瓣上下方向振动的趋势。

四、加工
    先导阀在加工时,除了要保证设计的尺寸精度,还要保证位置精度和表面粗糙度并防止零件产生变形。其密封面的表面粗糙度Ra<0.8μm,导向面的表面粗糙度Ra<1.6μm。在阀瓣组件的制造过程中,要注意防止套筒的变形,尤其是大口径阀门的套筒。为防止套筒因加工时产生变形,套筒在加工时应采用必要的工装,避免因卡装产生零件的变形。首先对套筒进行粗加工,然后上工装,对套筒进行精加工。在加工时,要采取合理的进给量和走刀量等,保证套筒导向面粗糙度Ra<3.2μm,然后采取磨削加工使其表面粗糙度Ra<1.6μm,以保证阀门的运动精度和降低摩擦力。对于大口径阀门套筒要增加时效工序,降低因加工引起的零件变形。
五、结论
    合理的结构设计和加工工艺设计,是保证阀门密封的重要前提。随着先导式调节阀在自动控制系统越来越多的应用,其实践经验和制造技术水平将会得到进一步的完善和提高。

   参考资料
  JW。哈奇森。调节阀手册(M)。北京:化学工业出版社,1984。
  彭廷红。三偏心蝶阀密封结构启闭性能分析(J)。阀门,2003,(1)。
  陆培文。调节阀实用技术(M)。北京:机械工业出版社,2006。
  杨源泉。阀门设计手册(M)。北京:机械工业出版社,1992。
  洪勉城。阀门设计计算手册(M)。北京:中国标准出版社,1994。