一种减压阀的设计与优化

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减 压 阀是 -种 目前被广泛 采用 的安全泄压装置。而弹簧式减压阀是其中比较典型的-种。它是采用弹簧 的压力作用为加压载荷 ，并通过调节弹簧压力的大小来调整减压阎的开启压力 。当系统中压力超过允许值后，它能够 自动开启并把过剩的系统介质排到大气或低压系统 中，从而达到泄压的目的。当压力降到某-数值时 ，它又能自动迅速关闭，维持系统的正常运行。

如图1所示，某产品浮囊在充气展开以及回收上浮过程 中，环境压力逐渐减小 ，浮囊 内的压力会增大，由减压 阀将浮囊 内1-减压阀。2-浮囊图1总体结构示意图Fig.1 Sketch map for the genera1.导向轴，2-预紧力调节盖，3-弹簧。4-阀体。

5-密封橡胶圈图2减压阀结构示意图Fig 2 Sketch map for the structure of a上(a)改进前阈芯结构 (b)改进后阀芯结构图3导向轴结构示意图Fig 3 Sketch map for the orientatiOn aXi s- 148- 电子世 界多余 的气体排掉 ，保持浮 囊 内外压差 恒定，从而保持浮囊的安全。减压阀关 闭时能要能可靠的密封，开启时要有灵敏的排气功能，将多余的气体排出。

2.总体结构如图2所示，减压阀采用简单的机械压差式控制 阀结构 ，压力控制通道与流量控制通道合二为-，通过弹簧的压缩控制浮囊 内外的压差，当压差小与设定压力时 ，减压阀阀芯关闭，保证浮囊密封 ：当压 差大于设定压力时；减压阀阀芯打开，排掉气体，平衡压力。

减压阀的压力设定值主要受到两方面因素的影 响：浮囊 的强度和充气后浮囊 的展开状态 。设定压差大则浮囊展开后 硬度 ”大，能较好保持浮囊圆柱状 的外形，从而保持设计要求 的浮力，但对浮囊的强度要求也越高；设定压差小 ，浮囊的强度要 求低 ，但 浮囊膨胀 后偏 软 ” ，上 浮到水面后若温度降低 ，没有相应 的压力储备，浮力会减校3.计算分析安装在 浮囊 上的减压 阀 即要 有好 的密封性能还要有灵敏的排气功能，这样减压 阀中弹簧力的选择-定要合理，参照某产 品减压 阀的结构形式及使用情况 ，结合本产品的实际及上浮过程 中的排气通径，估算出保证减压阀密封性能的弹簧预紧压力。根据减压阀的指标要求 ，在进行弹簧设计时，要求弹簧预紧力可调。

3.i减压排气计算试验弹在上浮 的过程中，回收浮囊的背压不断减小 ，需要开启减压阀泄掉多余的气体，以平衡内外压差，保持浮囊稳定工作，减压阀打开时的气体流量q：34 √ (1)式中， ：有效截面积； ：上游绝对压力； ：压差；r：上游热力学温度。

5-。形密封圈图4改进后的减压阀结构示意图Fig 4 Sketch map for the reducing vaIveafter optimization减压阀开 口截面积 ：S0 /4，有效截面积 ，查表可知：口：O.676，则当上浮到水面位置，浮囊内的绝对压力值 pt最小，此时流量q最校假设回收浮囊 内气体的初始状态为：pL，TI， ；上阁减压阀会排 出部分气体 ，此时浮囊内气体的状态为：P1 ， ；排出的气体状态为：P2' ，AV，则有：盟 ：P2V2 墨显然 ，在上浮过程中由于水介质的作用 ，回收浮囊内的气体会降温 ， 会减小 ，在 此为简化 计算 ，假 设温度不 下降， ，此时排出的气体△ 最大，所以：△ ： 二 ： ㈤ - 试 验弹匀 速上浮 时 ，速度达 到最 大值 ，环境压力也变化最快 ，此时 的△uP最大，当上浮到水面时环境背压最小，即最小，则此时需要排出的气体 AV最大。

有 以上分析可知 ：在设计必须保证减压阀的流量大于回收浮囊需要排出的气体量，即：g △ 时 ，才能可靠保证浮囊安全工作 。

3.2弹簧计算弹簧作为 减压 阀的压力 调节重要 零件 ，用 来平衡减压 阀 内外压 差并使其密封。在该减压阀弹簧力计算 中▲行 以下简化：1)阀芯与阀体的接触面之间涂敷润滑脂，不考虑其摩擦力影响；2)阀芯质量较小，不考虑阀芯的重量影响。

根据上述 简化计 算条件 并结合减 压阀的各项指标 要求并根据 其排气通径 尺寸，进行弹簧的设计计算，详细设计可参考 《机械设计手册 (四)》，并结合 《普通圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数》 (GB/T2089-2009)对设计进行调整，使之符合相关规范。

4.影响减压阀密封的因素由于减压 阀控制 的压差 较小 、精 度高。对此 ，需对减压阀进行调试测试 ，使其符合要求，若超差 ，可进行机械调整。

在减压 阀调试过程中，发现减压阀开启后闭合比较困难与 闭合压力达不到指标要求的现象，调试成功率较低。

针对上述减压阀调试过程中出现的问题并结合减压 阀实际工作过程，分析可能影响减压阀密封性能与闭合压力的各种因素：1)减压阀长时间不工作时，弹簧的全部力作用在 阀芯的密封面上 ，若密封面宽度过窄，在较大的压力作用下，可能造成密封面损伤 ，引起密封不 良。同时，若阀芯的密封材料采用较软的橡胶材料 ，容易导致较深的压痕，产生塑性 (下转第151页) MOV TLO，#30HSETB TROLOOP2：JBC TFO，NEXT4AJMP LOOP2NEXT4：CPL P1.5INC R5CJNE R5，#O1H，NEXT3mov r5，#OOhINC R6CJNE R6，#02H，NEXT3mov r6，#OOhMOV THO，#OFOHMOV TLO，#30HSETB TROCLR P1.5CLR P1.4LOOP3：JBC"rFO，NEXT5A.nIP LOOP3NEXT5：INC R5CJNE R5，tOFFH，NEXT6NEXT6：INC R6C肿 R6，#OFH，NEXT3SETI3 P1.4POP PSWPOP ACCRETISEGTAB：db 0FI ，OF8H，OFOH，OESH，OEIH，OD9H，OD2H，OCAH，OC3H，OBBH，OB4H，OADH，OA6H，9FH，99H，92H，8CIt，86H，80t，7AH，74H，6FH，6AH，65H，60H，5CH，58H，54H，50H，4DH，4AH，47H，44H，42H，40H，3EH，3DH，3CH，3BH，3BH，3BH，3BH，3BH，3cn，3DH，3EH，40H，42H，44H，47It，4AH，4DH，50H， .鳗 廑 - J54H，58H，5Ctf，60H，65H，6An，6FH，74H，7AH，80H，86It，8Ct，92t，991t，9FIt，OA61t，OADt，OB4H，OBBIt，OC3H，OCAH，OD2H，OD9H，OE1H，OE8H，OFOH，OF8H，0End此程序包括S-PWM的波形输出，电压的稳压，过压，欠流保护。

3.S-PWM输出电压的稳压通过变压器上的副线圈取 出输出电压的变化，经桥式整流 (DJ102、1)J103)、滤波 (C1O0)后得到平均 电压 ，此电压分别加到过压和欠压比较器，当过压比较器为高电平时，减小定时常数 ，达到输 出幅度 降低 的 目的 ；当欠压 比较 器为 高电平时，增大定时常数，达到输 出幅度增高的目的。调整RWl04、RWl06可 以改变输 出电压的窗 口范围。

二、功率驱动部分逆变器输 出功率的大小，决定功率驱动管和升压变压器的功率大小，驱动方式有双端驱动和桥式驱动 。驱动管的参数应根据输 出功率的大续行选择 。-般根据以下公式进行选取：(O.1～0.2)只 ， ，为功率管的管耗，为输 出功率 。u (㈣ (2～3) ，， ㈣ 为功率管 的反 向击穿 电压 ， 为 蓄电池 电压。j ≥鲁 ， 为功率管的集电极最L ～ j大允许电流。变压器应采用高频开关式变压器，视输出功率的大婿定磁芯的截面积。

三、欠压、过流保护l欠压保护 ：当电池 电压过低时 ，应及时切断逆变器供 电电路 ，避免因过放 电而损坏蓄 电池，其工作原理是：由电池正极相连的RW103电位器和二极管D104及R108电阻组成分压电路，加到ul01B的5脚正向输入端，与由R107、RW106组成的基准电压加N6脚反向输入端进行 比较。当电池电压高于 10.8V时，比较器输 出高电平，此 电压加到IC1的中断INT1(P3.3)脚，无中断响应 ，电路处于正常的逆变工作状态。当电池电压低于1O.8V时。比较器输出低电平，外部中断响应通过程序编程使逆变器停止工作 (P1.2、P1.3为低 电平)，同时P1.5输出1KHz的间断音频报警信号加到Q6三极管带动喇叭，P1.4脚变为高电平使LED发光进行声光报警，然后 自动切换到充 电电路状态。

2.过流保护：当负载过重，控制失效等诚导致功率开关管电流过大时，应及时切断逆变器工作。其工作原理是：在功率开关管0102、O104的发射极串有过流保护电阻RF(R128、R129)，其保护 电流， ，RF为串联 电阻，V 为0.7V。调整RF可以改变保护电流的大校当RF上的电流大于0.7V时，D103、D104导通并使Q105导通，通过D105使ul01B比较器输出低电平，使IC1的INT1中断响应，后序控制过程同欠压保护。