1、淺談減壓閥的分類及結構設計Type AndStructure Design for New-Type Pressure Reducing ValveChen Zheng-li，Yang Ya-qing摘要：本文簡要介紹了幾種新型減壓閥的結構設計。減壓閥是通過手動或電動調節，將進口壓力降至需要的出口壓力，并能在進口壓力及流量變動時，利用介質本身的能量，使出口壓力自動保持某一相對穩定值的閥門。從流體力學的觀點看，減壓閥是依靠手動或電動機構的調節，使閥門局部阻力變化的節流元件，通過改變閥座部位的節流面積，使介質質點的流速及動能發生改變，造成不同的壓降，從而達到并保持出口側不同的壓力。氣體管路系統中廣

2、泛使用氣體減壓閥把高壓氣體減壓至所需低壓，來滿足系統的需要。減壓閥的兩個基本功能。一是減壓，即將進口壓力降至某一個需要的出口壓力；二是穩壓，即能在進口壓力及流量變動時，利用本身介質能量保持出口壓力基本不變。兩個基本功能缺一不可。而節流閥雖有減壓功能，通過啟閉件的節流來實現，但是它沒有穩壓功能，進口壓力及流量變動時，出口壓力也隨之變化。這就是兩者之間的最大區別。一、減壓閥的工作原理減壓閥的工作原理簡而言之就是： A：減壓； B：穩壓。減壓的原理是節流，氣體流經活門與活門座之間的縫隙時，壓力減小，達到減壓的目的。那么，壓力為什么會減小呢？可以從兩個方面來說：1活門與活門座之間的縫隙相對而言面積較小

3、，氣體流經的流速較快。這是根據連續方程式（根據質量守恒定律：通過流管任意截面的氣體質量流量都相等）：11A1=22A2氣體的密度氣體的流速A流管的截面在氣動裝置中， 氣體的流速一般較低， 遠小于音速（340m/s），且經過壓縮，一般認為是不可壓縮流體。即1 = 2。那么V1A1=V2A2當 A1A2 時， 2 1。結論：流管的截面小，氣體的流速就高。在自然界，我們看到在山谷中或城市高樓間風速遠比平地上大（或穿堂風）根據伯努利方程：P / gz 2/2g= 常數z流體中任意一點的位置高度P該點上的壓力流體的密度該點上的流體的流速g重力加速度將上式改為P g z 2/2= 常數P流體的壓力能g z

4、 流體的位能 2/2 流體的動能這也稱為能量守恒方程式。對同一流體來而言：P1 g z1 12/2= P2 g z2 22/2在減壓閥中，由于行程很短，忽略摩擦阻力和位置高度的影響，則有：P1 12/2= P2 22/2結論：氣體的流速高處壓力低，流速低處壓力高。那么氣體流經活門與活門座之間的縫隙時，流速增加，相應壓力就減小。2當氣體流經突然擴大或縮小的截面、彎頭、阻礙物或閥門等處，由于流速的大小和方向改變產生流體質點撞擊和渦旋而引起能量損失。由于這個區域是不穩定的，除區域質點撞擊磨擦消耗能量外，流動時不斷有新質點進入該區域，也不斷有質點被帶走，這種質量交換過程中也要發生撞擊磨擦等而消耗能量。

5、流動狀態復雜，有湍流，有旋渦，很難進行理論計算，一般都依靠實驗測得各類系數。綜上所述，我們可以基本了解減壓閥的減壓原理。當進口壓力減小時，那么，流經活門與活門座之間縫隙的氣體壓力也減小，出口腔的壓力也減小，作用在活塞上的力也減小，破壞了原有力的平衡。彈簧往下壓活塞進而壓活門，使活門開度增大，流經活門與活門座之間縫隙的氣體增多，壓力也就上升，作用在活塞上抵消彈簧力而達到一個新的平衡。當入口壓力增大時，那么，流經活門與活門座之間縫隙的氣體壓力也增大，出口腔的壓力也增大，作用在活塞上的力也增大，破壞了原有力的平衡。往上頂活塞進而使活門開度減小，流經活門與活門座之間縫隙的氣體減小，壓力也就減小，活塞回

6、復而達到一個新的平衡。因為彈簧的行程是調定的，要達到平衡，出口腔的壓力必需跟彈簧力平衡，當進口壓力及流量變動時，利用彈簧力與出口腔的壓力平衡保持出口壓力基本不變。這是一個動平衡過程，并不是瞬間完成的。因為彈簧、活塞、活門等都有一定的質量，在移動中與閥體等一些其它零件都有磨擦。二、減壓閥的分類以及基本結構性能氣體減壓閥按其結構主要分為彈簧活塞式、彈簧膜片式、氣腔控制活塞式和氣腔控制膜片式。1新型活塞式通過彈簧來調定出口壓力，彈簧力的傳遞通過活塞來實現。分為普通型和改進型。普通型的優點是結構簡單、制造方便、價格便宜。缺點是主活門的密封力始終隨著進出口氣體壓力的壓差變化而變化。密封力過大會損壞密封面

7、，久之會產生漏，密封力過小則達不到密封比壓要求，也會產生漏，從而導致出口壓力不穩定；同時單一主彈簧存在彈簧力的不穩定，導致減壓閥工作后出口端靜壓復位的重復性差，且在額定大流量供氣情況下會產生減壓閥出口端的壓力波動大。改進型增設了平衡腔結構，保證主活門的密封力不會隨進出口氣體壓力的壓差變化而變化，由于密封力始終不變，從而使主活門的密封可靠；同時增加了復合彈簧，彌補了單一主彈簧力不穩定的缺陷，提高了減壓閥出口端靜壓復位的重復性，使額定大流量供氣情況下減壓閥出口端的壓力達到穩定。增設了超壓自排氣功能，保證由于某些特殊因素影響出口氣體升高時自動排氣降壓；也可以保證由于調壓過高反向調低壓力時自動排氣降壓

8、，而不必在出口端排氣降壓。2新型膜片式通過彈簧來調定出口壓力，彈簧力的傳遞通過膜片來實現。由于膜片對壓力變化的靈敏度高于活塞對壓力變化的靈敏度，因此彈簧膜片式氣體減壓閥性能優于彈簧活塞式氣體減壓閥，滿足了要求較高的氣路系統的使用。3氣控活塞式減壓閥氣腔控制活塞式通過調節控制氣腔氣體壓力來調節出口壓力，控制氣腔氣體壓力的傳遞通過活塞來實現。該減壓閥具有出口壓力穩定、流量大、動靜壓差小等特點。如果減壓閥進出口壓差變化大，工作流量要求較大時，選用帶平衡腔結構的氣控活塞式減壓閥是比較好的選擇。氣控活塞式減壓閥缺點是操作難度加大，應了解基本原理后在進行實際操作，否則會因為操作失誤導致出口壓力超過預定壓力

9、，使安全閥產生不必要的起跳而受到損壞。4氣控膜片式減壓閥氣腔控制膜片式通過調節控制氣腔氣體壓力來調節出口壓力，控制氣腔氣體壓力的傳遞通過膜片來實現。氣控膜片式減壓閥，出口壓力控制精度高、壓力穩定、流量大、動靜壓差小等特點。氣腔出口進口氣控膜片式減壓閥三、減壓閥的設計減壓閥主要由調節元件、卸荷元件、敏感元件、彈簧機構等組成。1調節元件的設計原理調節元件也稱節流元件，即活門和活門座。它的主要功能是調節流通面積（節流面積）的大小。調節元件的設計準則：a）流線光滑，流損小。b）活動靈敏。 c）關閉時應有可靠的密封性。d）尺寸由設計流量來確定。如下圖活門座口徑計算：d口= GT 入/A hP 入d 口活

10、門座口徑G設計流量T 入入口氣體溫度A與氣體性質和流動狀態有關的系數（對空氣取0.396 ）流量系數。由實驗確定h 活門行程P 入入口壓力一般來說 , 選用的活門座口徑應比計算值略大，為了留有一定的調節余地。活門行程的選擇也要適當，過大則穩壓精度低，過小則達不到設計流量。一般選 h/ d 口=0.05 0.2 。活門座和活門應選用一些強度高、耐磨性好、加工性好的材料。根據密封要求的不同，選用不同的密封材料。如尼龍、 PCTFE、PEEK等。為了保證密封的可靠，對活門座和活門的結構、尺寸及密封面的表面質量進行認真的設計和加工。2卸荷元件的設計卸荷元件的作用是卸掉一部分載荷，減小進出口壓力對零件的

11、作用面積，提高穩壓精度 , 保證主密封的可靠性。在活門的整體形狀設計中，使進出口壓力在活門上下作用面上相互抵消，使密封力由活門彈簧來提供。在高壓低壓腔之間必須密封。如密封性不好，不但起不了卸荷作用，反而會造成高壓氣體經此處漏入低壓腔。零件的靈敏度也要好，包括零件表面精度、O型圈的選擇、擋圈的尺寸等等，務必使磨擦滯后現象降低到最小。3敏感元件的設計敏感元件的設計準則：靈敏度要高，對壓力變化的反饋要及時、靈敏；密封性也要好，隔開出口腔和主彈簧腔，防止泄漏。有時要根據介質的不同、溫度的不同而選用不同的材料。現在主要采用的是活塞、不銹鋼膜片、橡膠膜片。活塞的特點是耐壓能力高、行程大、無附加剛度，但質量

12、大、阻尼大、占據空間大。膜片的特點是剛度小、靈敏度好、有效面積大、質量小，但行程小、不銹鋼膜片還有附加剛度、耐壓能力較低。具體情況具體分析，從而選擇不同的敏感元件。4彈簧機構的設計彈簧機構主要包括主彈簧、活門彈簧，還有復合彈簧。為了保證減壓閥的穩壓精度，彈簧剛度越小越好，但不能過小，過小則結構尺寸必然太大，不但動態穩定性不好，還占用空間。一般取Z 為出的 12倍。43ZGd/8D nG材料剪切彈性模數d材料直徑D彈簧中徑n有效工作圈數同時要考慮出口壓力的圍，整體尺寸的大小等多種因素。對于活門彈簧而言，主要考慮的是密封力F。SF/ dbS SS設計比壓F密封力d活門通徑b密封面寬度2對密封材料 PCTFE而言，S數值可取 350kg/cm 。2對密封材料 PTFE而言，S數值可取 2