间隙节流调压阀结构及设计特点[高压柱塞泵]

发布时间:2021-10-11 20:38:00

调压阀是通过改变旁路溢流量的大小达到调节系统压力的目的,高压水射流设备/高压柱塞泵在正常喷射工作状态下,一般来说或多或少都有部分流量从调压阀处溢流,因此,阀芯都处于半开启溢流状态。
常见的各类调压阀(如:直动式溢流阀、先导式溢流阀等)其溢流口(或节流口)一般都是锥形阀结构,是通过阀隙节流来达到溢流调压目的的。当溢流工作压力较高时,阀芯在高速水流的作用下极易磨损,在阀芯表面的阀线部位形成不规则放射状沟槽,使阀芯失效(如图5-20所示)。即使是采用硬质合金等较硬材料做阀芯,在较高压力下(70MPa以上),其使用寿命也不过几个小时到十几小时。
在高压水射流/高压柱塞泵设备的实际工程应用中,调压阀阀组使用寿命的长短,也是设计者必须关注的一个重要问题。
如图5-21所示节流调压阀,采用间隙节流结构。

间隙节流调压阀的设计要点是:阀组的节流(或称溢流)部位是一段长度可调节的小间隙配合副。通过手动螺旋调节机构或其他执行机构(如气压、液压等)调节阀芯与阀座的配合长度,以达到改变溢流量大小,调节系统压力的目的(如图5-22所示)。当阀芯完全退出配合孔时,系统处于完全卸荷状态。

该结构可获得较长的使用寿命,其原因主要有2个方面:
(1)由于节流部位是一段间隙,流体在经过节流部位时,形成的是间隙流,在压力相同的情况下,水流的流速相对与锥形阀来说较低,水流对阀芯的磨损作用也大大降低。
(2)当前端配合部位磨损后,后部尚未磨损部位可继续进入阀座孔内形成新的间隙配合,达到节流目的。也就是说,这种结构的调压阀阀芯的可磨损量较大,从而间接延长了其使用寿命(如图5-23所示)。在加工和结构允许的情况下,可将阀芯配合段长度做得适当长一些,阀芯配合段长度越长,其寿命也就越长。

阀芯及阀座均采用普通不锈钢,阀芯采取淬火处理,阀座采取调质处理。阀芯与阀座的配合间隙(指节流部位)控制在0.005~0.01mm即可,采用一般的研磨或配磨等常规加工手段就可达到设计要求。
考虑到阀芯过小会造成加工困难,以及阀芯完全开启后能完全卸荷的需要,因此阀芯节流段直径尺寸不宜太小,一般应控制在6~10mm为宜(具体尺寸应视泵的流量而定)。为减小调节机构调节施力,将阀芯设计成阶梯形,水的流动方向设定为反向流动(如图5-24所示),这样,阀芯在水压作用下,始终受到一个向后的推力,其力的大小由阀芯大小径截面积之差及水压来决定。在设计过程中,通过调整阀芯大小径尺寸关系,能够很容易地控制调节机构的施力大小。另外,阀芯在有压力的情况下,始终保持向后的推力,有利于保证系统压力的线性调节以及安全可靠性。
实验表明,在采用相同材料及热处理硬度情况下,采用该结构的调压阀,其使用寿命相对于锥形阀结构来说,可提高数十倍之多,完全可以满足实际工程应用需要。


该阀虽然具有使用寿命较长的突出特点,但也存在着一定缺陷。由于开启行程较长,因此阀芯不宜采用弹簧进行控制,只能采用手动螺旋调节机构或其他执行机构来进行调节,故该阀没有像溢流一样的自动恒压能力。
在机器振动及系统压力波动的双重作用下,调节螺杆有可能松动,从而导致压力的意外升高或降低,因此,设计中必须得考虑阀芯的螺旋调节机构有可靠的锁紧装置。另外,也可采取增加受力面积,增大调节螺杆受力的办法来减少调节螺杆松动的可能性,当然,这样处理的结果,将会增加调节螺杆的调节施力,因此,对阀芯受力的大小,需要设计
者作出合理的权衡。
值得注意的是,设计者需要充分把握该阀的优点及不足,注意扬长避短,强调其他附件与该阀配置的协调性,这样才能达到突显优势、回避缺陷的目的。采用该阀作为系统调压阀时,其他附件的配置原则是:喷枪或脚踏控制阀应采用卸荷型。

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