气体减压阀的主要性能指标分析(1)

王航

摘要：针对气体减压阀主要性能指标中的动态过程与静态过程中出现的压力特性趋势和流量特性现象做出详细阐述。对减压阀影响最大的主要性能动静压差做出详细分析，得出产生影响的因素有：进出口的压力、气体流量、敏感活塞面积等三方面因素。对影响减压阀静态特性因素进行分析。

关键词：气体减压阀;动静压差;理论分析;静态特性

近年来科学技术的快速发展，加之气体减压阀构造简单，性能稳定的特性，在各个领域的应用十分广泛，引发与之配套的各类减压阀需求量日益增加。为满足市场需求，要求生产厂商必须要根据客户需求定制不同的减压阀以便服务各行业，为保证其效能就要对所设计产品主要性能指标进行理论分析。

一、气体减压阀的作用原理

气体减压阀又被称作减压器，其工作原理：利用气瓶或者管路中气体压力，经过膜片或活塞转化为动力推动阀盘运动，使得形成相对稳定的输出压力。

二、动静压差对于减压阀工作的影响

减压阀进入工作状态时，气体流动产生动能，出口腔压力下降，气动力促使敏感活塞向下方移动，此时腔内压力降低，气控容量增大，力平衡状态得到改善，出口压力重新稳定，动压为出口压力类型。当气体停止流动，动能重新转化为压力能，出口腔压力同时上升敏感活塞与阀芯回复原位带动出口腔压力重新稳定，此时出口压力再次变换类型为静压。动静压差就是静压与动压的差值称。概括讲就是当气体减压阀在一定流量各进出口压力工况下，由动态转换为静态产生的出口压力变化量就是动静压差，动静压差是考量减压阀产品质量一项主要性指标，气路系统问题则由此产生。

三、气体减压阀动静压差过大的具体原因分析

（一）静偏差

工作情况产生变化后，减压压力也偏离预设值，偏离的大小即为减压阀静态特性偏差。

（二）减压阀工作时动态过程与静态过程

为达到出口压力P2恒定的目的，需减压阀参与其中工作，有动态运动过程后才可进入稳定状态。例如某一减压阀对应于不同流量，G点为减压压力图1所示，图为减压阀静态特性曲线，图2为动态演示过程。

（三）进出口压力值

出口压力影响动静压差变化，整体趋势：随着出口压力升高，但当动静压呈减缓趋势时进口压在增大。可知在对减压阀产品设计时，要优先对最高出口压力下动静压差值进行计算。

（四）气体流量

以负载孔实验为例，气流经过孔板时，经观察发现随着流量增加动静压差也随之增加，动静压差变化此时最为明显同时出口压力也越高。同理可得，设计减压阀参数时，要将最大流量情况下的动静压的数值纳入考虑范围。

（五）敏感活塞面积

敏感活塞的面积会影响动压和静压之间的差值，出口压力会影响到动静压差最小值对应的数值，由于出口压力升高，动静压差也随之升高，此间还存在敏感活塞区间范围问题，要使动静压差均在于较小范围，在减压阀设计时应充分考虑尽最大限度将敏感活塞面积范围控制在理论范围内。

（六）其他因素

经试验与分析，当阀座孔面积出现问题和O形圈的摩擦力大小均会影响差值，由于其产生的影响较小，在此不做详细说明。

四、气体减压阀的静态特性

减压阀气体状态得到稳定且内部零件的位置也趋于相对固定，这种现象被称作静态平衡。静态平衡状态下的气体减压阀，减压阀的静态特性发生时必然伴随着出气腔的气压变化，引起这一现象是受到气源气压、出气口流量的影响，静态特性是直接影响减压阀性能与可靠性的直接因素。设计者要将减压阀的静态特性纳入产品设计思路的范围。

五、气体减压阀静态特性的具体分析

（一）流量特性

若要保证出气腔的流量在适当范围，需要采取增大气源阀门口开度的措施，另外影响出气腔变化又一因素是，阀门开口度影响弹簧力发生变化直接引起源阀杆的力平衡随之变化。

（二）结构参数影响

干扰静态特性因素里，减压阀工作圧力和温度是较为明显的两项，除此之外，设计时结构数据问题和零件选择存在错误也是影响因素，结构参数影响是主要诱因。

（三）压力特性的影响

出口压力与偏差成正比，出口压力小偏差减少，进口压力低减压阀的静态特性优越，需注意合理范围内。

（四）敏感面积

想既稳定出口压力又缩小偏差，仅限于采取控制敏感面积的方法，静态特性对敏感面积的变化表现明显，敏感面积的增大或减小都会使靜态特性产生相对应改变，减少敏感面积加大出口压力偏差，减压阀的精度就会降低，若增加敏感面积，出口压力就会变小。

（五）弹簧刚度

弹簧刚度范围内主弹簧刚度最大，逐渐加大弹簧刚度，静态特性随之收紧，相反，放松弹簧时，静态特性随之放松，整体性变化不明显。

（六）刀锋直径

刀锋直径改变必定引起刀锋尺寸变化，这一改变会引起阀座孔流通面积、刀锋面积、有效预紧力以及有效敏感面积等参数的改变，影响静态特性，静态特性对刀锋直径的变化极为敏感。静态特性逐渐平稳时刀锋直径呈减小态势，并减弱出口压力偏差以及入口压力的下降范围。

（七）压力特性的影响

膜片的面积与减压阀的关系：膜片面积可驱使压力调节度精度，却在压力偏差结果上没有较大影响，膜片面积选择既不可超出标准也不许低于正常数值，要控制在计算数据内。原理是当是当范围内的膜片能增高压力敏感度，出口压力精度同时加强。从总体说，膜片面积同出口压力精度干扰因素较小不会引起主结果偏差。

六、静态特性总结

归纳以上影响减压阀静态特性因素，大致可分为以下三种类型：①技术参数（包含减压阀进口初始压力，气体流量等多方面因素）②环境因素③设计因素（如主弹簧刚度等）除此之外刀锋直径、敏感活塞尺寸、膜面有效面积等也在一定程度上影响减压阀的静态特性。

结语

理论与数据结合，充分论述气体减压阀的主要特性并得出具体结论。通过分析方法得到影响动静压差的主要因素有：进出口压力、气体流量、敏感活塞面积这三个主要因素，及气体减压阀的静态特性，明确将影响气体减压阀静态特性的几种因素进行分门别类。使后续研制和制造不同类型的气体减压阀产品提供了借鉴思路，此理论也可为其他类型气体减压阀产品的研究提供参考价值。

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