减压阀的工作原理

2020-04-25 真空技术网整理 阀门手册

一、重力载荷、全封闭(bi)、卸(xie)荷式(shi)减压(ya)阀

  如图(tu)1所示,在(zai)重量(liang)载(zai)荷作用(yong)下,阀开启(qi)。进口压力(li)(li)(li)为pj的(de)(de)介质经阀座节(jie)流(liu)后,压力(li)(li)(li)降为pc。压力(li)(li)(li)pc经反馈孔“a”引(yin)(yin)至膜(mo)(mo)片(pian)下方[图(tu)1(a)]或者直接作用(yong)于(yu)膜(mo)(mo)片(pian)下方[图(tu)1(b)],于(yu)是在(zai)膜(mo)(mo)片(pian)上产生一(yi)个(ge)向上的(de)(de)力(li)(li)(li),使阀盘(pan)上移,阻止pc继续(xu)上升。当此力(li)(li)(li)与(yu)载(zai)荷重力(li)(li)(li)平(ping)衡时,阀盘(pan)停(ting)止移动(dong)。此时阀后压力(li)(li)(li)对应于(yu)一(yi)定的(de)(de)pc并且流(liu)量(liang)达(da)某(mou)一(yi)值(zhi)。调(diao)节(jie)重力(li)(li)(li)的(de)(de)大小即可(ke)获(huo)得所需(xu)的(de)(de)减压压力(li)(li)(li)pc。当工况变(bian)动(dong)时,例如出口流(liu)量(liang)增(zeng)加(jia),将引(yin)(yin)起(qi)pc压力(li)(li)(li)降低,平(ping)衡即遭破坏,膜(mo)(mo)片(pian)在(zai)重力(li)(li)(li)的(de)(de)作用(yong)下下移并开启(qi)阀盘(pan),使pc升至原来值(zhi)[对于(yu)图(tu)1(a)]与(yu)重力(li)(li)(li)重新建(jian)立平(ping)衡。所以在(zai)任何平(ping)衡工况下,pc恒(heng)为常数。

  这种情况称无(wu)差(cha)(cha)调(diao)节。对于图1(b),由于阀(fa)(fa)弹(dan)簧的存在,当阀(fa)(fa)的开度变(bian)(bian)化(hua)时,弹(dan)簧力也随之而变(bian)(bian)。故(gu)工况变(bian)(bian)化(hua)后,在新的平衡状(zhuang)态下,pc不能绝(jue)对地(di)回至原来数值。此种情况称为有差(cha)(cha)调(diao)节。一般(ban)减压(ya)阀(fa)(fa)均为有差(cha)(cha)调(diao)节。

重力载荷、全封闭、卸荷式减压阀原理

图1 重力(li)载荷、全封闭、卸(xie)荷式减(jian)压阀原(yuan)理

1—重块(kuai);2—膜片;3—平衡(heng)活塞(sai);4—弹簧

二、弹(dan)簧载(zai)荷(he)、全封闭、正(zheng)作用(yong)式减压阀(fa)

  如图(tu)2所(suo)示,其(qi)基本原理与重力式相同。由于用调(diao)节(jie)弹(dan)簧(huang)(huang)代(dai)替重力给阀(fa)加(jia)载(zai)并具有阀(fa)弹(dan)簧(huang)(huang),故属有差调(diao)节(jie)。

弹簧载荷、全封闭、正作用式减压阀原理

图(tu)2 弹(dan)簧载荷、全(quan)封闭、正作用式减压阀(fa)原理

1—调节弹(dan)簧;2—膜片;3—副动杆

三(san)、弹簧载荷、半封(feng)闭、反作用(yong)式减(jian)压阀

  如图3所示(shi),其基本原理同(tong)前。膜(mo)(mo)片(pian)(pian)中心有一小孔与(yu)阀(fa)(fa)(fa)杆(gan)端部构(gou)成一密(mi)封副,正常工况下(xia)(xia),由于(yu)介(jie)质(zhi)对阀(fa)(fa)(fa)盘(pan)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用力(li)(li)(li)之和同(tong)调(diao)节弹簧力(li)(li)(li)与(yu)介(jie)质(zhi)在膜(mo)(mo)片(pian)(pian)上(shang)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用力(li)(li)(li)之和方(fang)向相反(fan),使(shi)膜(mo)(mo)片(pian)(pian)与(yu)阀(fa)(fa)(fa)杆(gan)互相压(ya)(ya)紧,保证了(le)此(ci)密(mi)封副的(de)(de)(de)(de)密(mi)封。当出(chu)(chu)口需要的(de)(de)(de)(de)流(liu)量突然(ran)(ran)大幅度下(xia)(xia)降(jiang),阀(fa)(fa)(fa)盘(pan)的(de)(de)(de)(de)动(dong)作(zuo)由于(yu)惯性而(er)滞后,或出(chu)(chu)口流(liu)量为(wei)(wei)零(ling),而(er)阀(fa)(fa)(fa)座处的(de)(de)(de)(de)密(mi)封性欠佳以及旋松调(diao)节弹簧而(er)降(jiang)低整定压(ya)(ya)力(li)(li)(li)时(shi)(shi),均会使(shi)出(chu)(chu)口压(ya)(ya)力(li)(li)(li)过(guo)大超过(guo)整定值。此(ci)时(shi)(shi)膜(mo)(mo)片(pian)(pian)被向上(shang)抬(tai)起并与(yu)阀(fa)(fa)(fa)杆(gan)脱离接触,从而(er)把低压(ya)(ya)腔的(de)(de)(de)(de)多余(yu)介(jie)质(zhi)排入(ru)大气(qi)。这一作(zuo)用类似安(an)(an)(an)全(quan)阀(fa)(fa)(fa),但不同(tong)于(yu)安(an)(an)(an)全(quan)阀(fa)(fa)(fa)。因为(wei)(wei)安(an)(an)(an)全(quan)阀(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)动(dong)作(zuo)是(shi)(shi)当压(ya)(ya)力(li)(li)(li)超过(guo)额定值时(shi)(shi),阀(fa)(fa)(fa)盘(pan)骤然(ran)(ran)开(kai)启(qi),其目的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)保证管路(lu)或设备的(de)(de)(de)(de)安(an)(an)(an)全(quan)而(er)不保证管路(lu)被调(diao)压(ya)(ya)力(li)(li)(li)。而(er)上(shang)述减压(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)半封闭装(zhuang)置的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)为(wei)(wei)了(le)获(huo)得较为(wei)(wei)精确的(de)(de)(de)(de)压(ya)(ya)力(li)(li)(li)调(diao)节。

弹簧载荷、半封闭、反作用式减压阀原理

图3 弹簧载荷、半封(feng)闭、反作(zuo)用式减压阀(fa)原(yuan)理

四、气压(ya)(ya)载荷(气囊式)、全封(feng)闭、反作用式减压(ya)(ya)阀(fa)

  如图4所示(shi)(shi),其基(ji)本(ben)原理(li)同前。其特点是以一半球形气(qi)室(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)气(qi)体压力代(dai)替调节弹簧给阀加载(zai)。气(qi)室(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)气(qi)体来自进(jin)口高压介(jie)质(zhi),调节针(zhen)阀a和b,可以使(shi)密闭气(qi)室(shi)(shi)(shi)(shi)获(huo)得所需的(de)(de)(de)压力。调节结束后,针(zhen)阀必须(xu)完全处于截止状态。工况变动(dong)后,膜(mo)片的(de)(de)(de)平衡位(wei)置亦(yi)将(jiang)变动(dong),从(cong)而由于气(qi)室(shi)(shi)(shi)(shi)容(rong)积的(de)(de)(de)变化使(shi)ph也(ye)发生变化,故也(ye)属有差调节。针(zhen)阀b可将(jiang)气(qi)室(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)介(jie)质(zhi)排入大气(qi)或如虚线(xian)所示(shi)(shi)引入低压腔。

气压载荷(气囊式)、全封闭、反作用式减压阀原理

图4 气压载荷(he)(气囊式)、全(quan)封闭(bi)、反作用式减(jian)压阀原理

  实际(ji)上气囊(nang)是一个气体弹(dan)簧(huang)。只要气囊(nang)的(de)容积(ji)足(zu)够大,气体弹(dan)簧(huang)的(de)刚度就足(zu)够小。刚度越(yue)小则阀(fa)(fa)的(de)静态性能(neng)越(yue)好(hao),所以(yi)气囊(nang)式(shi)(shi)减(jian)压(ya)阀(fa)(fa)较(jiao)弹(dan)簧(huang)载(zai)荷式(shi)(shi)减(jian)压(ya)阀(fa)(fa)具有较(jiao)好(hao)的(de)静态性能(neng)。但气囊(nang)式(shi)(shi)减(jian)压(ya)阀(fa)(fa)只能(neng)用(yong)(yong)于气体介(jie)质并受环境温度及气囊(nang)漏(lou)气的(de)影响。为了克(ke)服这些缺(que)点,可(ke)以(yi)用(yong)(yong)一副(fu)阀(fa)(fa)代(dai)替针阀(fa)(fa)a,于是就构成了定压(ya)载(zai)荷的(de)副(fu)阀(fa)(fa)式(shi)(shi)减(jian)压(ya)阀(fa)(fa)。

五(wu)、定压载(zai)荷(he)、注(zhu)入式、全(quan)封闭、副阀式减压阀

  如图5所(suo)(suo)示(shi)(shi),所(suo)(suo)有副(fu)(fu)(fu)阀(fa)(fa)(fa)式(shi)(shi)减(jian)压(ya)(ya)(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)均由两只直接作(zuo)(zuo)用式(shi)(shi)减(jian)压(ya)(ya)(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)叠加而(er)成。其中之一作(zuo)(zuo)副(fu)(fu)(fu)阀(fa)(fa)(fa),用以(yi)调(diao)(diao)节(jie)另一作(zuo)(zuo)主(zhu)(zhu)阀(fa)(fa)(fa)的减(jian)压(ya)(ya)(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)的载荷。图5所(suo)(suo)示(shi)(shi)的副(fu)(fu)(fu)阀(fa)(fa)(fa)式(shi)(shi)减(jian)压(ya)(ya)(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)是以(yi)一弹(dan)簧(huang)载荷、全封闭、反作(zuo)(zuo)用式(shi)(shi)减(jian)压(ya)(ya)(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)作(zuo)(zuo)副(fu)(fu)(fu)阀(fa)(fa)(fa),其出口压(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)pc即(ji)主(zhu)(zhu)阀(fa)(fa)(fa)的载荷压(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)。调(diao)(diao)节(jie)副(fu)(fu)(fu)阀(fa)(fa)(fa)的调(diao)(diao)节(jie)弹(dan)簧(huang)可(ke)获得不同(tong)的主(zhu)(zhu)阀(fa)(fa)(fa)载荷压(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)ph。副(fu)(fu)(fu)阀(fa)(fa)(fa)的作(zuo)(zuo)用可(ke)视为主(zhu)(zhu)阀(fa)(fa)(fa)的调(diao)(diao)节(jie)弹(dan)簧(huang)或气(qi)囊(nang)式(shi)(shi)减(jian)压(ya)(ya)(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)的供气(qi)针阀(fa)(fa)(fa)a(把动力(li)腔(qiang)看做气(qi)囊(nang)),则此副(fu)(fu)(fu)阀(fa)(fa)(fa)式(shi)(shi)减(jian)压(ya)(ya)(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)的工作(zuo)(zuo)原理与气(qi)囊(nang)式(shi)(shi)减(jian)压(ya)(ya)(ya)(ya)阀(fa)(fa)(fa)相同(tong)。

定压载荷、注入式、全封闭、副阀式减压阀原理

图5 定压载(zai)荷、注(zhu)入式、全封闭、副阀式减压阀原理

1—调节弹(dan)簧(huang);2—副阀弹(dan)簧(huang); 3—动(dong)力(li)腔;4—主(zhu)阀弹(dan)簧(huang)

  动(dong)(dong)力腔(qiang)的(de)载荷压(ya)(ya)力由副阀提(ti)供(gong),动(dong)(dong)力腔(qiang)内介质(zhi)经节(jie)流(liu)孔(kong)J流(liu)至低压(ya)(ya)腔(qiang),处于流(liu)动(dong)(dong)平(ping)衡(heng)状(zhuang)态(tai),所(suo)以能自动(dong)(dong)补偿环境温度(du)变化及动(dong)(dong)力腔(qiang)渗(shen)漏所(suo)造成的(de)对ph的(de)影响,因此其动(dong)(dong)态(tai)性能优于气囊式(shi)。此外,动(dong)(dong)力腔(qiang)的(de)压(ya)(ya)力由副阀和(he)节(jie)流(liu)孔(kong)J保证(zheng),所(suo)以也适用于蒸汽介质(zhi)和(he)液体介质(zhi)。

  因主(zhu)(zhu)(zhu)阀(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)载(zai)(zai)(zai)荷(he)压力仅取决于副(fu)阀(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)整定值(zhi),主(zhu)(zhu)(zhu)阀(fa)(fa)出口压力pc的(de)(de)(de)(de)变化(hua)并(bing)(bing)不(bu)被(bei)副(fu)阀(fa)(fa)膜(mo)片所(suo)检测,然后通(tong)过副(fu)阀(fa)(fa)反映为主(zhu)(zhu)(zhu)阀(fa)(fa)载(zai)(zai)(zai)荷(he)压力ph的(de)(de)(de)(de)变动(dong),故称为定压载(zai)(zai)(zai)荷(he)。但并(bing)(bing)非(fei)说载(zai)(zai)(zai)荷(he)压力绝对不(bu)变。由于pc的(de)(de)(de)(de)变化(hua)将引起主(zhu)(zhu)(zhu)阀(fa)(fa)动(dong)力膜(mo)片的(de)(de)(de)(de)移动(dong),从而压缩或(huo)扩(kuo)张动(dong)力腔的(de)(de)(de)(de)容积(ji)以(yi)(yi)及pc本身的(de)(de)(de)(de)变化(hua)都会破(po)坏节(jie)流孔(kong)的(de)(de)(de)(de)流量平衡(heng)(heng),并(bing)(bing)使(shi)ph发生(sheng)某些相应的(de)(de)(de)(de)变化(hua)(因为副(fu)阀(fa)(fa)是有差调节(jie))。另外(wai)pj的(de)(de)(de)(de)变化(hua)会破(po)坏副(fu)阀(fa)(fa)力的(de)(de)(de)(de)平衡(heng)(heng),所(suo)以(yi)(yi)会引起ph的(de)(de)(de)(de)变化(hua)。

六、变压(ya)载荷、注(zhu)入式、全封闭(bi)、副阀(fa)(fa)式减压(ya)阀(fa)(fa)

  如(ru)图(tu)(tu)6所示,其基本原理同(tong)图(tu)(tu)5。因副(fu)阀(fa)(fa)膜片(pian)能直接感受pc的(de)(de)变(bian)(bian)化(hua),从(cong)而通过副(fu)阀(fa)(fa)的(de)(de)动作反映载荷(he)压(ya)(ya)力(li)ph的(de)(de)变(bian)(bian)化(hua),故(gu)称(cheng)为变(bian)(bian)压(ya)(ya)载荷(he)。所以,副(fu)阀(fa)(fa)不仅起到(dao)主阀(fa)(fa)调节弹簧的(de)(de)作用(yong)(yong),同(tong)时(shi)还具有(you)将pc的(de)(de)变(bian)(bian)化(hua)量(Δpc)变(bian)(bian)为ph的(de)(de)变(bian)(bian)化(hua)量(Δph)的(de)(de)放大作用(yong)(yong)。例(li)如(ru)pc降低时(shi),活(huo)塞向上作用(yong)(yong)力(li)减(jian)小,主阀(fa)(fa)开(kai)(kai)(kai)启(和直接作用(yong)(yong)式(shi)时(shi)情况相同(tong))。同(tong)时(shi),副(fu)阀(fa)(fa)的(de)(de)敏(min)感膜片(pian)检测到(dao)pc的(de)(de)变(bian)(bian)化(hua)后,使(shi)副(fu)阀(fa)(fa)瓣开(kai)(kai)(kai)启,从(cong)而ph增(zeng)加(jia),协(xie)助(zhu)打开(kai)(kai)(kai)主阀(fa)(fa)瓣。所以其调节性能优于(yu)定压(ya)(ya)载荷(he)的(de)(de)副(fu)阀(fa)(fa)式(shi)减(jian)压(ya)(ya)阀(fa)(fa)。活(huo)塞与(yu)本体(ti)间环形间隙的(de)(de)作用(yong)(yong)相当于(yu)图(tu)(tu)5的(de)(de)节流孔J。

变压载荷、注入式、全封闭、副阀式减压阀原理

图(tu)6 变压载荷、注(zhu)入(ru)式、全封闭(bi)、副阀式减压阀原理

1—调(diao)节弹(dan)(dan)(dan)簧;2—膜片(pian);3—副(fu)(fu)阀(fa)瓣(ban);4—副(fu)(fu)阀(fa)弹(dan)(dan)(dan)簧; 5—动力活塞;6—主阀(fa)瓣(ban);7—主阀(fa)弹(dan)(dan)(dan)簧

七、 变(bian)压载荷、引流式、半封闭、副阀(fa)(fa)式减压阀(fa)(fa)

  如(ru)图(tu)(tu)7所示,其基本原理同(tong)图(tu)(tu)6相似。不同(tong)点在于:图(tu)(tu)6中(zhong)用副阀(fa)控制(zhi)进入(ru)动(dong)(dong)力腔(qiang)介(jie)质(zhi)的(de)(de)多少来(lai)控制(zhi)ph,称(cheng)为注入(ru)式;图(tu)(tu)7中(zhong)用副阀(fa)控制(zhi)从动(dong)(dong)力腔(qiang)排入(ru)低压腔(qiang)的(de)(de)介(jie)质(zhi)的(de)(de)多少来(lai)控制(zhi)ph,故称(cheng)引流(liu)式。进入(ru)动(dong)(dong)力腔(qiang)的(de)(de)介(jie)质(zhi)多少是通过节(jie)流(liu)阀(fa)定(ding)量供给的(de)(de)。

变压载荷、引流式、半封闭、副阀式减压阀原理

图7 变压载荷、引流式(shi)、半封闭、副(fu)阀式(shi)减压阀原理

1—调节弹簧(huang);2—膜片(pian);3—弹簧(huang);4—主阀(fa)弹簧(huang)

  图6在任(ren)何工(gong)况下均(jun)无介(jie)质外泄。图7在正(zheng)常(chang)工(gong)况时,pj、pc、ph和(he)弹簧(huang)力相互作用,使动力膜(mo)(mo)片(pian)中心的(de)(de)小(xiao)孔被(bei)主阀(fa)杆的(de)(de)锥端所密封,无介(jie)质外泄。当零工(gong)况时,主阀(fa)处(chu)于(yu)关闭位置,而(er)副阀(fa)在pc的(de)(de)作用下仍然处(chu)于(yu)开启状态。于(yu)是(shi)pc逐渐升高,动力膜(mo)(mo)片(pian)两边的(de)(de)压(ya)力差ph-pc逐渐减(jian)小(xiao),当ph-pc减(jian)小(xiao)到一定程度时,动力膜(mo)(mo)片(pian)在弹簧(huang)的(de)(de)作用下向上抬起。将低(di)压(ya)腔中的(de)(de)多余(yu)介(jie)质经动力膜(mo)(mo)片(pian)中心的(de)(de)小(xiao)孔和(he)两片(pian)动力膜(mo)(mo)片(pian)间(jian)的(de)(de)间(jian)隙排(pai)至大(da)气。