王航

摘要：針對氣體減壓閥主要性能指標中的動態(tài)過程與靜態(tài)過程中出現(xiàn)的壓力特性趨勢和流量特性現(xiàn)象做出詳細闡述。對減壓閥影響最大的主要性能動靜壓差做出詳細分析，得出產(chǎn)生影響的因素有：進出口的壓力、氣體流量、敏感活塞面積等三方面因素。對影響減壓閥靜態(tài)特性因素進行分析。

關鍵詞：氣體減壓閥;動靜壓差;理論分析;靜態(tài)特性

近年來科學技術的快速發(fā)展，加之氣體減壓閥構造簡單，性能穩(wěn)定的特性，在各個領域的應用十分廣泛，引發(fā)與之配套的各類減壓閥需求量日益增加。為滿足市場需求，要求生產(chǎn)廠商必須要根據(jù)客戶需求定制不同的減壓閥以便服務各行業(yè)，為保證其效能就要對所設計產(chǎn)品主要性能指標進行理論分析。

一、氣體減壓閥的作用原理

氣體減壓閥又被稱作減壓器，其工作原理：利用氣瓶或者管路中氣體壓力，經(jīng)過膜片或活塞轉化為動力推動閥盤運動，使得形成相對穩(wěn)定的輸出壓力。

二、動靜壓差對于減壓閥工作的影響

減壓閥進入工作狀態(tài)時，氣體流動產(chǎn)生動能，出口腔壓力下降，氣動力促使敏感活塞向下方移動，此時腔內(nèi)壓力降低，氣控容量增大，力平衡狀態(tài)得到改善，出口壓力重新穩(wěn)定，動壓為出口壓力類型。當氣體停止流動，動能重新轉化為壓力能，出口腔壓力同時上升敏感活塞與閥芯回復原位帶動出口腔壓力重新穩(wěn)定，此時出口壓力再次變換類型為靜壓。動靜壓差就是靜壓與動壓的差值稱。概括講就是當氣體減壓閥在一定流量各進出口壓力工況下，由動態(tài)轉換為靜態(tài)產(chǎn)生的出口壓力變化量就是動靜壓差，動靜壓差是考量減壓閥產(chǎn)品質(zhì)量一項主要性指標，氣路系統(tǒng)問題則由此產(chǎn)生。

三、氣體減壓閥動靜壓差過大的具體原因分析

（一）靜偏差

工作情況產(chǎn)生變化后，減壓壓力也偏離預設值，偏離的大小即為減壓閥靜態(tài)特性偏差。

（二）減壓閥工作時動態(tài)過程與靜態(tài)過程

為達到出口壓力P2恒定的目的，需減壓閥參與其中工作，有動態(tài)運動過程后才可進入穩(wěn)定狀態(tài)。例如某一減壓閥對應于不同流量，G點為減壓壓力圖1所示，圖為減壓閥靜態(tài)特性曲線，圖2為動態(tài)演示過程。

（三）進出口壓力值

出口壓力影響動靜壓差變化，整體趨勢：隨著出口壓力升高，但當動靜壓呈減緩趨勢時進口壓在增大?？芍趯p壓閥產(chǎn)品設計時，要優(yōu)先對最高出口壓力下動靜壓差值進行計算。

（四）氣體流量

以負載孔實驗為例，氣流經(jīng)過孔板時，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)隨著流量增加動靜壓差也隨之增加，動靜壓差變化此時最為明顯同時出口壓力也越高。同理可得，設計減壓閥參數(shù)時，要將最大流量情況下的動靜壓的數(shù)值納入考慮范圍。

（五）敏感活塞面積

敏感活塞的面積會影響動壓和靜壓之間的差值，出口壓力會影響到動靜壓差最小值對應的數(shù)值，由于出口壓力升高，動靜壓差也隨之升高，此間還存在敏感活塞區(qū)間范圍問題，要使動靜壓差均在于較小范圍，在減壓閥設計時應充分考慮盡最大限度將敏感活塞面積范圍控制在理論范圍內(nèi)。

（六）其他因素

經(jīng)試驗與分析，當閥座孔面積出現(xiàn)問題和O形圈的摩擦力大小均會影響差值，由于其產(chǎn)生的影響較小，在此不做詳細說明。

四、氣體減壓閥的靜態(tài)特性

減壓閥氣體狀態(tài)得到穩(wěn)定且內(nèi)部零件的位置也趨于相對固定，這種現(xiàn)象被稱作靜態(tài)平衡。靜態(tài)平衡狀態(tài)下的氣體減壓閥，減壓閥的靜態(tài)特性發(fā)生時必然伴隨著出氣腔的氣壓變化，引起這一現(xiàn)象是受到氣源氣壓、出氣口流量的影響，靜態(tài)特性是直接影響減壓閥性能與可靠性的直接因素。設計者要將減壓閥的靜態(tài)特性納入產(chǎn)品設計思路的范圍。

五、氣體減壓閥靜態(tài)特性的具體分析

（一）流量特性

若要保證出氣腔的流量在適當范圍，需要采取增大氣源閥門口開度的措施，另外影響出氣腔變化又一因素是，閥門開口度影響彈簧力發(fā)生變化直接引起源閥桿的力平衡隨之變化。

（二）結構參數(shù)影響

干擾靜態(tài)特性因素里，減壓閥工作圧力和溫度是較為明顯的兩項，除此之外，設計時結構數(shù)據(jù)問題和零件選擇存在錯誤也是影響因素，結構參數(shù)影響是主要誘因。

（三）壓力特性的影響

出口壓力與偏差成正比，出口壓力小偏差減少，進口壓力低減壓閥的靜態(tài)特性優(yōu)越，需注意合理范圍內(nèi)。

（四）敏感面積

想既穩(wěn)定出口壓力又縮小偏差，僅限于采取控制敏感面積的方法，靜態(tài)特性對敏感面積的變化表現(xiàn)明顯，敏感面積的增大或減小都會使靜態(tài)特性產(chǎn)生相對應改變，減少敏感面積加大出口壓力偏差，減壓閥的精度就會降低，若增加敏感面積，出口壓力就會變小。

（五）彈簧剛度

彈簧剛度范圍內(nèi)主彈簧剛度最大，逐漸加大彈簧剛度，靜態(tài)特性隨之收緊，相反，放松彈簧時，靜態(tài)特性隨之放松，整體性變化不明顯。

（六）刀鋒直徑

刀鋒直徑改變必定引起刀鋒尺寸變化，這一改變會引起閥座孔流通面積、刀鋒面積、有效預緊力以及有效敏感面積等參數(shù)的改變，影響靜態(tài)特性，靜態(tài)特性對刀鋒直徑的變化極為敏感。靜態(tài)特性逐漸平穩(wěn)時刀鋒直徑呈減小態(tài)勢，并減弱出口壓力偏差以及入口壓力的下降范圍。

（七）壓力特性的影響

膜片的面積與減壓閥的關系：膜片面積可驅使壓力調(diào)節(jié)度精度，卻在壓力偏差結果上沒有較大影響，膜片面積選擇既不可超出標準也不許低于正常數(shù)值，要控制在計算數(shù)據(jù)內(nèi)。原理是當是當范圍內(nèi)的膜片能增高壓力敏感度，出口壓力精度同時加強。從總體說，膜片面積同出口壓力精度干擾因素較小不會引起主結果偏差。

六、靜態(tài)特性總結

歸納以上影響減壓閥靜態(tài)特性因素，大致可分為以下三種類型：①技術參數(shù)（包含減壓閥進口初始壓力，氣體流量等多方面因素）②環(huán)境因素③設計因素（如主彈簧剛度等）除此之外刀鋒直徑、敏感活塞尺寸、膜面有效面積等也在一定程度上影響減壓閥的靜態(tài)特性。

結語

理論與數(shù)據(jù)結合，充分論述氣體減壓閥的主要特性并得出具體結論。通過分析方法得到影響動靜壓差的主要因素有：進出口壓力、氣體流量、敏感活塞面積這三個主要因素，及氣體減壓閥的靜態(tài)特性，明確將影響氣體減壓閥靜態(tài)特性的幾種因素進行分門別類。使后續(xù)研制和制造不同類型的氣體減壓閥產(chǎn)品提供了借鑒思路，此理論也可為其他類型氣體減壓閥產(chǎn)品的研究提供參考價值。

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