自力式壓力調節閥彈簧選型

                               自力式壓力調節閥彈簧選型

                                  上海申弘閥門有限公司

之前介紹平板閘閥的工作原理，現在介紹自力式壓力調節閥彈簧選型Zzy型自力式壓力調節閥（調壓閥）是不需要任何外加能源，利用被調介質自身能量而實現自動調壓的執行器產品，該產品大特點：能在無電、無氣的場所工作、同時又節約了能源，壓力設定值在運行中可以隨意調整，采用快開流量特性，動作靈敏、密封性能好。因而它廣泛應用于石油、化工、電力、冶金、食品、輕紡、機械制造與居民建樓群等各工業設備中用氣體液體及蒸汽介質減壓、穩壓（用于閥后調節）或泄壓、穩壓（用于閥前調節）的自動控制。自力式調節閥工作原理是介質由箭頭方向流入閥體，經閥座、閥芯節流后輸出。另一路經取壓管（介質為蒸汽時加冷凝器）被引入執行機構作用于膜片上，使閥芯隨之發生相應的位移，達到泄壓、穩壓的目的。如閥前壓力增加，作用于膜片上的力增加，壓縮彈簧，帶動閥芯，使閥門開度增大，直至閥前壓力下降至設定值為 止。同理，如閥前壓力降低，作用在膜片上的力減小，由于彈簧的反作用力，帶動閥芯，使閥門的開度加小，直至閥前壓力上升至設定值為止。若閥前壓力小于設定 值則該閥一直是關閉的。調節閥執行機構彈簧設定范圍 彈簧設定范圍是通過一個彈簧調整件讓執 行機構彈簧產生的一個初始壓縮量。對于 氣開閥，彈簧設定范圍的下限決定了可得 到的閥座負載力以及使閥門開始打開所需 的氣壓值。對于氣關閥，彈簧設定范圍的下 限決定了閥門開始關閉所需的氣壓值。閥 座座合力是由施加的氣壓減去了彈簧設定 值再減去由行程所產生的彈簧壓縮力所得 到的（圖 8-7）。由于彈簧的公差，在彈簧 角度上也許有偏差。當閥門關閉時，彈簧設 定范圍需要高的度。對于如何調整 彈簧，請參考閥門制造商的指導。注：本公司是上海專業調節閥生產廠家，生產的調節閥類型有氣動調節閥，單座調節閥，雙座調節閥，多級降壓調節閥，三通調節閥，套筒閥調節閥，自力式調節閥，電動調節閥等，工程師皆有數十年專業經驗,歡迎您業務！ 出處：《控制閥手冊》第四版



自力式壓力調節閥彈簧選型自力式閥門原理圖
   上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥自力式調節閥無需外加能源，能在無電無氣的場所工作，既方便又節約了能源。壓力分段范圍細且互相交叉，調節精度高。壓力設定值在運行期間可連續設定。對閥后壓力調節，閥前壓力與閥后壓力之比可為10：1～10：8。自力式調節閥橡膠膜片式檢測，執行機構測精度高、動作靈敏。采用壓力平衡機構，使調節閥反應靈敏、控制。


   自力式調節閥系列產品有單座（ZZYP）、套筒（ZZYM）、雙座（ZZYN）、三種結構；執行機構有薄膜式、活塞式二種；作用型式有減壓用閥后壓力調節(B型)和泄壓用閥前壓力調節（K型）。產品公稱壓力等級有PN16、40、64；閥體口徑范圍DN20～300；泄漏量等級有II級、IV級和VI級三檔；流量特性為快開；壓力分段調節從15～2500Kpa。可按需要組合滿足用戶工況要求。法蘭標準：鑄法法按BG9113-88、JB/79-94法蘭密封面型式：PN16凸面;PN40、64為凹凸、閥體為凹面結構長度按BG12221-98執行機構信號接口：內螺紋M16×1.5閥體法蘭及法蘭端面距離可按用戶的標準制造。如：ANSI、JIS、DIN等。


自力式調節閥 安裝方式：
1、閥在氣體或低粘度液體介質中使用時，通常ZZY型自力式調節閥為直立安裝在水平管上，當位置空間不允許時才倒裝或斜裝。(當確認介質很潔凈時，件3可不安裝)
2、閥在蒸汽或高粘度液體介質中使用時，通常ZZY型自力式調節閥為倒立安裝在水平管上
(1) 冷凝器應高于調壓閥的執行機構而低于閥前后接管。使用前冷凝器應灌滿冷水，以后約3個月灌水一次。
(2) 取壓點應取在調壓閥適當位置，閥前調壓應大于2倍管道直徑，閥后調壓應大于6倍管道直徑。
(3) 為便于現場維修及操作，調壓閥四周應留有適當空間，閥前后應設置截止閥與旁路手動閥
(4) 調壓閥通徑過大(DN≥100 時)，應有固定支架
(5) 當確認介質很潔凈時，件3可不安裝
(6) 自力式調節閥可以比管道通徑小，但過濾器和截止閥不能
自力式壓力調節閥主要適用于沒有腐蝕性且黏度低的液體、氣體、蒸汽(高溫度可達300~350℃)等介質的壓力控制。如輕質油品、水、水蒸汽、空氣等。


已知參數

    自力式溫度調節閥的整體結構是由其核心部件——記憶合金彈簧的尺寸決定的。該記憶合金彈簧受壓較大，尺寸又受安裝條件限制，故目標要求為記憶合金彈簧的質量小。其中彈簧材料為Ti-50.8Ni記憶合金，大工作載荷Pmax為95N，小工作載荷為60N，彈簧壽命為104h，彈簧直徑d的取值范圍為1~4mm，中徑D2的取值范圍為10~30mm,工作圈數n不應小于4.5圈，彈簧旋繞比C不應小于4，彈簧一端固定，一段自由，彈簧變形量不小于10mm。



    2.2 設計變量的選取

    以彈簧直徑d，中徑D2及有效工作圈數n作為優化設計變量，則設計變量為：

    x=[x1，x2，x3]=[D2，n，d]

    2.3 目標函數的建立

    該優化問題以記憶合金彈簧的質量小作為目標函數，則目標函數為

    目標函數的建立

    其中：

    n–有效工作圈數；

    –死圈數，常取1.5~2.5，此處取2；

    –彈簧材料的密度；

    d–彈簧直徑；

    D2–彈簧中徑。

    經整理簡化，目標函數為

    經整理簡化，目標函數

    2.3.1 約束條件的建立

    彈簧強度條件：

    

    彈簧剛度條件：

    彈簧剛度條件

    彈簧穩定性條件：

    彈簧穩定性條件

    彈簧不發生共振的要求：

    彈簧不發生共振的要求

    彈簧旋繞比限制：

    彈簧旋繞比限制

    各設計變量應滿足的邊界及自然條件：

    各設計變量應滿足的邊界及自然條件



    2.4 數學模型的建立

    經過上面的分析步驟，將上述問題可抽象到如下的數學模型：

   數學模型的建立



    4 編程

    4.1 M文件myfun.m

    M文件myfun.m

    4.2 非線性約束M文件mycon.m

    非線性約束M文件mycon.m

    4.3 求解主文件main.m

    format long

     由程序運算結果，考慮實際工況，取彈簧直徑1.6mm，工作圈數5，中經16mm。帶入質量公式后得到小質量基本等于0.0055kg。


自力式調節閥工作原理
1 、自力式調節閥工作原理（閥后壓力控制） 
工作介質的閥前壓力 P1 經過閥芯、閥座后的節流后，變為閥后壓力 P2 。 P2 經過控制管線輸入到執行器的下膜室內作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥后壓力。當閥后壓力 P2 增加時， P2 作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯關向閥座的位置，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時，閥芯與閥座的流通面積減少，流阻變大，從而使 P2 降為設定值。同理，當閥后壓力 P2 降低時，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥后）壓力調節閥的工作原理。 



2 、自力式調節閥工作原理（閥前壓力控制） 
工作介質的閥前壓力 P1 經過閥芯、閥座后的節流后，變為閥后壓力 P2 。同時 P1 經過控制管線輸入到執行器的上膜室內作用在頂盤上，產生的作用力與彈簧的反作用力相平衡，決定了閥芯、閥座的相對位置，控制閥前壓力。當閥后壓力 P1 增加時， P1 作用在頂盤上的作用力也隨之增加。此時，頂盤的作用力大于彈簧的反作用力，使閥芯向離開閥座的方向移動，直到頂盤的作用力與彈簧的反作用力相平衡為止。這時，閥芯與閥座的流通面積減大，流阻變小，從而使 P1 降為設定值。同理，當閥后壓力 P1 降低時，作用方向與上述相反，這就是自力式（閥前）壓力調節閥的工作原理。 
  
了解自力式壓力調節閥的結構；
自力式壓力調節閥主要有檢測執行機構、調壓閥、冷凝氣與閥后接管等四部分組成。檢測執行機構分為：膜片式（圖a）和汽缸活塞式（圖b）

         （圖a）膜片式                       （圖b）汽缸活塞式


  
 調節閥有單座閥、套筒閥和雙座閥之分，其結構見圖a、圖b、圖c

  a 單座閥  b 套筒閥       c雙座閥



 
明白自力式壓力調節閥的工作原理；
下圖為自力式的安裝簡易圖


1 主閥    2 閥前接管    3 取壓閥    4 冷凝器     5 壓力調節盤     6 彈簧    7檢測執行機構     8 冷凝液拍放螺栓
自力式調節閥用于控制調節閥后壓力的自力式（閥后）壓力調節閥，閥的作用方式為壓閉型。其原理：介質流入閥體、經閥芯、閥座節流后輸出。另一路冷凝器冷卻后，被引入執行機構作用于膜片上，使閥芯隨之發生相應的位移，達到減壓、穩壓之目的。如閥后壓力增加，作用于膜片上的力增加，壓縮彈簧，帶動閥芯，使閥門開啟度減小，直到閥后壓力下降到設定值為止。控制調節閥前壓力的自力式（閥前）壓力調節閥其原理類似。與本產品相關論文：超高溫煙道蝶閥閥桿斷裂處理