純水壓控制閥的關鍵性技術研究

雷黎明

(長江大學 434020)

純水壓控制閥的關鍵性技術研究

雷黎明

(長江大學 434020)

隨著科學技術的不斷發(fā)展與進步，水壓傳動技術得到了廣闊的發(fā)展空間。純水壓控制閥作為控制系統(tǒng)與水壓動力傳動的重要部件，其性能的優(yōu)劣對水壓系統(tǒng)作用的充分發(fā)揮具有直接影響。但是目前純水壓控制閥還存在一些關鍵性技術問題，如氣蝕、泄漏和磨損等方面，不利于純水壓系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，因此需要積極研制新型的結構與工藝，對材料進行合理選擇，從而保證純水壓控制閥的正常工作。本文就對純水壓控制閥的關鍵性技術進行深入分析和探討。

純水壓控制閥；關鍵性技術；研究

水壓傳動技術作為一種綠色技術，其具有環(huán)境友好、低碳節(jié)能、價廉和來源廣等優(yōu)勢，被廣泛應用在醫(yī)療衛(wèi)生、工程機械、礦山、食品加工和鋼鐵等領域。純水壓控制閥作為水壓傳動的重要零件，在實際應用過程中需要對其理化性質(zhì)加以考慮，并對其氣蝕特性和磨損摩擦機理進行重點關注，有效運用高分子復合材料與工程陶瓷等，保證其工作的效用。

一、我國純水壓控制閥的發(fā)展情況

由于我國在純水壓控制系統(tǒng)與動力傳動技術等方面的研制較晚，缺乏相應的科研力量和設施，導致純水壓控制閥的關鍵性技術仍然處于初步研究階段。自1990年以來，國家投入大量資金來資助華中科技大學研究海淡水壓傳動技術，并取得一定成效[1]。我國在純水壓系統(tǒng)與元件等方面取得成果如下：在1997年自主加工設計出完整的純水壓實驗臺，并研發(fā)出純水壓節(jié)流閥和溢流閥，兩者流量分別為10L/Mmin與100L/Mmin，壓力為14MPa和7MPa；2000年研制出先導式溢流閥，其流量達40L/Mmin，額定壓力達14MPa；2002年研制出純水介質(zhì)水壓加載設備。此外，華中科技大學在研制與設計純水壓溢流閥的過程中，主要采用“油氣彈簧”的方法，有效促進了水壓閥的動態(tài)性能與穩(wěn)定性能；浙江大學研制出不同規(guī)格的壓力控制閥、純水壓流量和方向等系列。

二、純水壓控制閥的關鍵性技術

對于純水壓控制閥的關鍵性技術而言，其主要可以從以下三個方面加以分析：一是氣蝕侵蝕方面；二是潤滑與密封方面；三是材料抗磨損性與防腐蝕方面。

（一）氣蝕侵蝕

氣蝕侵蝕是純水壓控制閥的關鍵技術性難題，一旦出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，破碎氣泡中心會產(chǎn)生高達2×108Pa的壓力，嚴重降低水壓系統(tǒng)的性能，導致管道通流能力減小，破壞流體的連續(xù)性，縮短水壓閥的使用期限[2]。要想對氣蝕的產(chǎn)生進行有效抑制，可選擇具有較強抗氣蝕性能的材料，對氣蝕產(chǎn)生的主要參數(shù)加以優(yōu)化，并積極引入干擾流體束，從而破壞氣蝕主流束，有效避免臨界壓力差。

目前我國多采用新型高分子材料與新型結構來解決氣蝕問題。首先在新型工程材料方面。新型高分子材料主要分為工程塑料、抗腐蝕合金與工程陶瓷等，其應用能夠有效解決純水壓控制閥的腐蝕、氣蝕與磨損等問題。如工程塑料具有較強的吸振性能、自潤滑性能、耐腐蝕性和吸水能力，但是其熱穩(wěn)定性差；工程陶瓷具有耐磨損、耐腐蝕與耐高溫等優(yōu)勢，但是其具有較差的耐沖擊性與較大的脆性，因此在實際運用中應對其優(yōu)缺點進行綜合考慮，并有效增加工程陶瓷的韌性，使其能夠滿足工程的相關要求。

其次在新型結構形式應用方面。在對閥口新型結構形式進行設計時，主要遵循分離、高壓與多級等原則，將閥芯加工成不同形狀的結構，使閥芯受侵蝕部分與氣蝕發(fā)生部分相互分散，并運用引流方式來促進閥出口處壓力的提高，避免臨界壓差；同時多梯級節(jié)流口設計在節(jié)流部門，對其兩端壓力加以分擔，促使閥口免受氣蝕破壞。

（二）潤滑與密封

首先在潤滑與摩擦方面。純水介質(zhì)水具有較低的黏度，會減小液膜的厚度，當泄漏、壓降和溫差等條件處于理想狀況時，液壓油的潤滑膜厚度（0.5～2.5μm）是純水的100倍，這樣會加大純水壓控制閥的磨損。因此必須要科學選擇新型材料，確保材料具有良好的自潤滑性能和耐磨性能，不斷提升零件加工質(zhì)量，加強控制純水介質(zhì)污染的力度，從而減少磨損。

其次在密封與泄漏方面。由于水具有較低的黏度，極易出現(xiàn)泄漏損失，如果壓降和通流截面相同，油壓控制閥與純水控制閥在規(guī)格相同的情況下具有數(shù)十倍泄漏量的差距[3]。一般泄漏對水壓元件的使用期限，工作效率以及性能等產(chǎn)生較大影響，如加大閥的加工制造難度；在流速高且壓差大的情況下，縫隙泄漏會導致拉絲侵蝕現(xiàn)象發(fā)生；當系統(tǒng)容積效率降低時，會導致系統(tǒng)總效率降低。目前，在設計純水壓控制閥的過程中，多選用襯套結構的球閥、錐閥，盡量保證零泄漏。

（三）材料抗磨損性與防腐蝕

純水中含有一些氧化性雜質(zhì)，如溶氧量、膠狀物、溶解鹽和懸浮顆粒等，導致純水具有較高的電導率，易于金屬零件發(fā)生電化學、化學和物理等反應，對油壓控制閥加以銹蝕與腐蝕，影響零件結構強度與質(zhì)量。因此在選擇材料的過程中，應保證水壓元件的抗蝕性能和相容性能良好，從而研制高性能的水壓閥[4]。一般水壓元件應具備以下條件：良好的加工工藝性、抗腐蝕性能、抗沖蝕磨損性能、自潤滑性能、機械性能、抗震動與水擊性能，具有較低的吸水率、較小的膨脹系數(shù)以及較高的熱穩(wěn)定性，符合環(huán)境友好與經(jīng)濟適用原則?？傮w來說，在選擇純水壓控制閥及其相關零件時，可選用增強塑料、工程陶瓷、耐蝕合金與不銹鋼等，有效避免水介質(zhì)的腐蝕。

結束語：

純水壓控制閥作為水壓控制系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)中的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣將會對水壓系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)及其整體性能產(chǎn)生較大的影響。目前在應用純水壓控制閥的過程中，其還存在一些技術性問題，如氣蝕侵蝕、摩擦磨損和泄漏等問題，影響應用效果。因此在設計純水壓控制閥時，應有效融入節(jié)能減排、低碳環(huán)保等新理念，并積極引進先進的研發(fā)經(jīng)驗和方法，對優(yōu)勢力量加以集中，設計出綠色高效的產(chǎn)品，促進社會的進步與發(fā)展。

[1]顏凌云,武鵬飛,包宗賢,趙恩剛. 淺談研發(fā)數(shù)字式純水液壓溢流閥面臨的技術問題及對策[J]. 液壓氣動與密封,2011,12:68-70.

[2]田勇,辛培防. 純水壓控制閥的發(fā)展與關鍵技術研究綜述[J]. 液壓氣動與密封,2014,11:1-5.

[3]林奎. 簡述水液壓技術近年來研究現(xiàn)狀[J]. 科技展望,2015,01:96+98.

[4]劉磊,趙繼云,張德生,丁海港. 純水低壓大流量先導式電磁控制閥組試驗研究[J]. 液壓與氣動,2013,03:55-58.

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1007-6344（2016）02-0029-01