浅析减压阀的设计原理

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1、浅谈减压阀的分类及结构设计TypeAndStructureDesignforNew-TypePressureReducingValveChenZheng-li，YangYa-qing摘要：本文简要介绍了几种新型减压阀的结构设计。减压阀是通过手动或电动调节，将进口压力降至需要的出口压力，并能在进口压力及流量变动时，利用介质本身的能量，使出口压力自动保持某一相对稳定值的阀门。从流体力学的观点看，减压阀是依靠手动或电动机构的调节，使阀门局部阻力变化的节流元件，通过改变阀座部位的节流面积，使介质质点的流速及动能发生改变，造成不同的压降，从而达到并保持出口侧不同的压力。

2、气体管路系统中广泛使用气体减压阀把高压气体减压至所需低压，来满足系统的需要。减压阀的两个基本功能。一是减压，即将进口压力降至某一个需要的出口压力；二是稳压，即能在进口压力及流量变动时，利用本身介质能量保持出口压力基本不变。两个基本功能缺一不可。而节流阀虽有减压功能，通过启闭件的节流来实现，但是它没有稳压功能，进口压力及流量变动时，出口压力也随之变化。这就是两者之间的最大区别。一、减压阀的工作原理减压阀的工作原理简而言之就是：A：减压；B：稳压。减压的原理是节流，气体流经活门与活门座之间的缝隙时，压力减小，达到减压的目的。那么，压力为什么会减小呢？可以从两个方面

3、来说：1．活门与活门座之间的缝隙相对而言面积较小，气体流经的流速较快。这是根据连续方程式（根据质量守恒定律：通过流管任意截面的气体质量流量都相等）：ρ1ν1A1=ρ2ν2A2ρ—气体的密度ν—气体的流速A—流管的截面在气动装置中，气体的流速一般较低，远小于音速（340m/s），且经过压缩，一般认为是不可压缩流体。即ρ1=ρ2。那么V1A1=V2A2当A1＞A2时，ν2＞ν1。结论：流管的截面小，气体的流速就高。在自然界，我们看到在山谷中或城市高楼间风速远比平地上大（或穿堂风）根据伯努利方程：P/ρg＋z＋ν2/2g=常数z—流体中任意一点的位置高度P—该点上的

4、压力ρ—流体的密度ν—该点上的流体的流速g—重力加速度将上式改为P＋ρgz＋ρν2/2=常数P—流体的压力能ρgz—流体的位能ρν2/2—流体的动能这也称为能量守恒方程式。对同一流体来而言：P1＋ρgz1＋ρν12/2=P2＋ρgz2＋ρν22/2在减压阀中，由于行程很短，忽略摩擦阻力和位置高度的影响，则有：P1＋ρν12/2=P2＋ρν22/2结论：气体的流速高处压力低，流速低处压力高。那么气体流经活门与活门座之间的缝隙时，流速增加，相应压力就减小。2．当气体流经突然扩大或缩小的截面、弯头、阻碍物或阀门等处，由于流速的大小和方向改变产生流体质点撞击和涡旋而引

5、起能量损失。由于这个区域是不稳定的，除区域质点撞击磨擦消耗能量外，流动时不断有新质点进入该区域，也不断有质点被带走，这种质量交换过程中也要发生撞击磨擦等而消耗能量。流动状态复杂，有湍流，有旋涡，很难进行理论计算，一般都依靠实验测得各类系数。综上所述，我们可以基本了解减压阀的减压原理。当进口压力减小时，那么，流经活门与活门座之间缝隙的气体压力也减小，出口腔的压力也减小，作用在活塞上的力也减小，破坏了原有力的平衡。弹簧往下压活塞进而压活门，使活门开度增大，流经活门与活门座之间缝隙的气体增多，压力也就上升，作用在活塞上抵消弹簧力而达到一个新的平衡。当入口压力增大时，

6、那么，流经活门与活门座之间缝隙的气体压力也增大，出口腔的压力也增大，作用在活塞上的力也增大，破坏了原有力的平衡。往上顶活塞进而使活门开度减小，流经活门与活门座之间缝隙的气体减小，压力也就减小，活塞回复而达到一个新的平衡。因为弹簧的行程是调定的，要达到平衡，出口腔的压力必需跟弹簧力平衡，当进口压力及流量变动时，利用弹簧力与出口腔的压力平衡保持出口压力基本不变。这是一个动平衡过程，并不是瞬间完成的。因为弹簧、活塞、活门等都有一定的质量，在移动中与阀体等一些其它零件都有磨擦。二、减压阀的分类以及基本结构性能气体减压阀按其结构主要分为弹簧活塞式、弹簧膜片式、气腔控制活

7、塞式和气腔控制膜片式。1．新型活塞式通过弹簧来调定出口压力，弹簧力的传递通过活塞来实现。分为普通型和改进型。普通型的优点是结构简单、制造方便、价格便宜。缺点是主活门的密封力始终随着进出口气体压力的压差变化而变化。密封力过大会损坏密封面，久之会产生内漏，密封力过小则达不到密封比压要求，也会产生内漏，从而导致出口压力不稳定；同时单一主弹簧存在弹簧力的不稳定，导致减压阀工作后出口端静压复位的重复性差，且在额定大流量供气情况下会产生减压阀出口端的压力波动大。改进型增设了平衡腔结构，保证主活门的密封力不会随进出口气体压力的压差变化而变化，由于密封力始终不变，从而使主活门

8、的密封可靠；同时增加了复合弹簧，弥补了