減壓閥的工作原理及選用

柴康群

1.減壓閥的工作原理

直動(dòng)式減壓閥

圖14-1a所示為直動(dòng)式帶溢流閥的減壓閥（簡稱溢流減壓閥）的結(jié)構(gòu)圖。

壓力為P1的壓縮空氣，由左端輸入經(jīng)閥口10節(jié)流后，壓力降為P2輸出。P2的大小可由調(diào)壓彈簧2、3進(jìn)行調(diào)節(jié)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕1，壓縮彈簧2、3及膜片5使閥芯8下移，增大閥口10的開度使P2增大。若反時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕1，閥口10的開度減小，P2隨之減小。

若P1瞬時(shí)升高，P2將隨之升高，使膜片氣室6內(nèi)壓力升高，在膜片5上產(chǎn)生的推力相應(yīng)增大，此推力破壞了原來力的平衡，使膜片5向上移動(dòng)，有少部分氣流經(jīng)溢流孔12、排氣孔11排出。在膜片上移的同時(shí)，因復(fù)位彈簧9的作用，使閥芯8也向上移動(dòng)，關(guān)小進(jìn)氣閥口10，節(jié)流作用加大，使輸出壓力下降，直至達(dá)到新的平衡為止，輸出壓力基本又回到原來值。若輸入壓力瞬時(shí)下降，輸出壓力也下降、膜片5下移，閥芯8隨之下移，進(jìn)氣閥口10開大，節(jié)流作用減小，使輸出壓力也基本回到原來值。 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋鈕1。使調(diào)節(jié)彈簧2、3放松，氣體作用在膜片5上的推力大于調(diào)壓彈簧的作用力，膜片向上曲，靠復(fù)位彈簧的作用關(guān)閉進(jìn)氣閥口10。再旋轉(zhuǎn)旋鈕1，進(jìn)氣閥芯8的頂端與溢流閥座4將脫開，膜片氣室6中的壓縮空氣便經(jīng)溢流孔12、排氣孔11排出，使閥處于無輸出狀態(tài)。

總之，溢流減壓閥是靠進(jìn)氣口的節(jié)流作用減壓，靠膜片上力的平衡作用和溢流孔的溢流作用穩(wěn)壓；調(diào)節(jié)彈簧即可使輸出壓力在一定范圍內(nèi)改變。為防止以上溢流式減壓閥徘出少量氣體對周圍環(huán)境的污染，可采用不帶溢流閥的減壓閥（即普通減壓閥），其符號如圖14-1c所示。

先導(dǎo)式減壓閥

當(dāng)減壓閥的輸出壓力較高或通徑較大時(shí)，用調(diào)壓彈簧直接調(diào)壓，則彈簧剛度必然過大，流量變化時(shí)，輸出壓力波動(dòng)較大，閥的結(jié)構(gòu)尺寸也將增大。為了克服這些缺點(diǎn)，可采用先導(dǎo)式減壓閥。先導(dǎo)式減壓閥的工作原理與直動(dòng)式的基本相同。先導(dǎo)式減壓閥所用的調(diào)壓氣體，是由小型的直動(dòng)式減壓閥供給的。若把小型直動(dòng)式減壓閥裝在閥體內(nèi)部，則稱為內(nèi)部先導(dǎo)式減壓閥；若將小型直動(dòng)式減壓閥裝在主閥體外部，則稱為外部先導(dǎo)式減壓閥。圖14-2所示為內(nèi)部先導(dǎo)式減壓閥的結(jié)構(gòu)圖，與直動(dòng)式減壓閥相比，該閥增加了由噴嘴4、擋板3、固定節(jié)流孔9及氣室B所組成的噴嘴擋板放大環(huán)節(jié)。當(dāng)噴嘴與擋板之間的距離發(fā)生微小變化時(shí)，就會(huì)使B室中的壓力發(fā)生根明顯的變化，從而引起膜片10有較大的位移，去控制閥芯6的上下移動(dòng)，使進(jìn)氣閥口8開大或關(guān)小、提高了對閥芯控制的靈敏度，即提高了穩(wěn)壓精度。

圖14-3所示為外部先導(dǎo)式減壓閥的主閥，其工作原理與直動(dòng)式相同。在主閥體外部還有一個(gè)小型直動(dòng)式減壓閥（圖中末示出），由它來控制主閥。此類閥適于通徑在20mm以上，遠(yuǎn)距離（30m以內(nèi)）、高處、危險(xiǎn)處、調(diào)壓困難的場合。

定值器

定值器是一種高精度的減壓閥，主要用于壓力定值。目前有兩種壓力規(guī)格的定值器：其氣源壓力分別為0.14MPa和0.35MPa，輸出壓力范圍分別為0-0.1MPa和0-0.25MPa。其輸出壓力波動(dòng)不大于最大輸出壓力的1%，常用于需要供給精確氣源壓力和信號壓力的場合，如氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、氣動(dòng)自動(dòng)裝置等。

圖14-4所示為定值器的工作原理圖。它由三部分組成：1是直動(dòng)式減壓閥的主閉部分；2是恒壓降裝置，相當(dāng)于一定差減壓閥。主要作用是使噴嘴得到穩(wěn)定氣源流量；3是噴嘴擋板裝置和調(diào)壓部分，起調(diào)壓和壓力放大作用，利用被它放大了的氣壓去控制主閥部分。

由于定值器具有調(diào)定、比較和放大的功能，因而穩(wěn)壓精度高。

定值器處于非工作狀態(tài)時(shí)，由氣源輸入的壓縮空氣經(jīng)過濾器1過濾后進(jìn)入A室和正室。主閥芯19在彈簧20和氣源壓力作用下壓在閥座上，使A室與B室斷開。進(jìn)入A室的氣流經(jīng)由閥口（又稱為活門）12至F室，再通過恒節(jié)流孔13降壓后，分別進(jìn)入G室和D室。由于這時(shí)尚未對膜片8加力，擋板5與噴嘴4之間的間距較大，氣體從噴嘴4流出時(shí)的氣流阻力較小，G室及D室的氣壓較低，膜片3及15保持原始位置。進(jìn)入只室的微量氣體主要經(jīng)B室通過閥口2從排氣口排出；另有一部分從輸出口排空。此時(shí)輸出口無氣流輸出，由噴嘴流出而排空微量氣體是維持噴嘴擋板裝置工作所必須的，因其為無功耗氣量，所以希望其耗量越小越好。

定值器處于工作狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄7，壓下彈簧6并推動(dòng)膜片8連同擋板5一同下移、擋板5與噴嘴4的間距縮小，氣流阻力增加，使G室和D室的氣壓升高。膜片16在D室氣壓的作用下下移，將閥口2關(guān)閉，并向下推動(dòng)主閥芯19，打開閥口，壓縮空氣經(jīng)B室和H室由輸出口輸出。與此同時(shí)，H室壓力上升并反饋到膜片8上，當(dāng)膜片8所受反饋?zhàn)饔昧εc彈簧力平衡時(shí)，定值器便輸出一定壓力的氣體。

當(dāng)輸入壓力波動(dòng)時(shí)，如壓力上升，B室和H室氣壓瞬時(shí)增高、使膜片8上移，導(dǎo)致?lián)醢?與噴嘴4之間的間距加大，G室和D室的氣壓下降。由于B室壓力增高，D室壓力下降，膜片15在壓差的作用下向上移動(dòng)，使主閥口減小，輸出壓力下降，直到穩(wěn)定到調(diào)定壓力上。此外，在輸入壓力上升時(shí)，E室壓力和F室瞬時(shí)壓力也上升，膜片3在上下差壓的作用下上移，關(guān)小穩(wěn)壓閥口12。由于節(jié)流作用加強(qiáng)，F(xiàn)室氣壓下降，始終保持節(jié)流孔13的前后壓差恒定，故通過節(jié)流孔13的氣體流量不變，使噴嘴擋板的靈敏度得到提高。當(dāng)輸入壓力降低時(shí)，B室和H室的壓力瞬時(shí)下降，膜片8連同擋板5由于受力平衡破壞而下移，噴嘴4與擋板5間間距減小，G室和D室壓力上升，膜片3和15下移。膜片15下移使主閥口開度加大，使B室及H室氣壓回升，直到與調(diào)定壓力平衡為止。而膜片3下移，使穩(wěn)壓口12開大，F(xiàn)室氣壓上升，始終保持恒節(jié)流孔13前后壓差恒定。同理，當(dāng)輸出壓力波動(dòng)時(shí)，將與輸入壓力波動(dòng)時(shí)得到同樣的調(diào)節(jié)。

由于定值器利用輸出壓力的反饋?zhàn)饔煤蛧娮鞊醢宓姆糯笞饔每刂浦鏖y，使其能對較小的壓力變化作出反應(yīng)，從而使輸出壓力得到及時(shí)調(diào)節(jié)，保持出口壓力基本穩(wěn)定，即定值穩(wěn)壓精度較高。

2.減壓閥的基本性能

2.1調(diào)壓范圍

它是指減壓閥輸出壓力P2的可調(diào)范圍，在此范圍內(nèi)要求達(dá)到規(guī)定的精度。調(diào)壓范圍主要與調(diào)壓彈簧的剛度有關(guān)。

2.2壓力特性

它是指流量g為定值時(shí)，因輸入壓力波動(dòng)而引起輸出壓力波動(dòng)的特性。輸出壓力波動(dòng)越小，減壓閥的特性越好。輸出壓力必須低于輸入壓力—定值才基本上不隨輸入壓力變化而變化。

2.3流量特性

它是指輸入壓力—定時(shí)，輸出壓力隨輸出流量g的變化而變化的持性。當(dāng)流量g發(fā)生變化時(shí)，輸出壓力的變化越小越好。一般輸出壓力越低，它隨輸出流量的變化波動(dòng)就越小。

3.減壓閥的選用

根據(jù)使用要求選定減壓閥的類型和調(diào)壓精度，再根據(jù)所需最大輸出流量選擇其通徑。決定閥的氣源壓力時(shí)，應(yīng)使其大于最高輸出壓力0.1MPa。減壓閥一般安裝在分水濾氣器之后，油霧器或定值器之前，并注意不要將其進(jìn)、出口接反；閥不用時(shí)應(yīng)把旋鈕放松，以免膜片經(jīng)常受壓變形而影響其性能。 [科]