一种节流调速阀的研制与应用

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液压传动不仅可实现更高精度的 自动控制，而且可以实现邑，所以液压传动在很多领域得 到 了广泛 的运用 ↑ 年来越来越多的井 下设备也 采用 了液压传 动来 完成其井下各种 复杂的 功能 ，然而 在井下液压传动中往往需要对液压缸速度进行精确控制 ，所以研 究设计- 种节流调 速阀来 解决由于负载变化导致液压缸速 度波动的难题 ，这在 实际运用 中具有非常重要的意义。

1液压传动中调速作用及调速原理在液压传动中利用调速阀改变进入执行元件 的流量使之 变速 ，达到 使执行 元件按 照设计的速 度平稳运行 的 目的 ，在 运用中非常重要 。

- 般液 压传动机构都需要 调节执行元件运 动速度 ，而液 压缸是液 压传动 中最为普遍的执 行元件 。

在不考虑液压油 的压缩性 和泄漏性的情况下 ，液压缸的运动速度为 ：Vq/A式中：q为输入执行元件的流量；A为液 压缸 的有效面积。

从上式可知，改变输入液压缸的流量q或改变液 压缸有效面积A都 可以达到改变速度的目的 。但对于特定的液压缸来说 ，液压缸有效面积A-定 ，只能采用改变输入液压缸流量q的办法来 变速 。

如 图1所示 ，将节流阀串联在液压 泵与执行元件之 间，同时在节流阀与液压泵之间并联-个溢流 阀，调节节流 阀可使进入液压缸的流量 改变 .由于 系统中采 用定量 泵供油 ，多余的油从溢流 阀溢出 ，这样节流阀就能达到调 节液压缸 速度的 目的。

2 井下液压传动中节流调速阀研制2.1液压传动中节流调速流量特性在液 压传 动 中调速通 常有 节流调 速 、容积调速、容积节流调速。而由于节流调速结构简单 ，速 度稳定性好 ，可靠性稳定性高而得到广泛运用 。

节流阀是借助改变阀口通流面积或通道长 度来改变 阻力的可变液 阻 ，在液 压 回路中，液阻对通过的流量起 限制作用，因此节流阀可以调速。

节流 阀的输 出流量与节流 口的结构形式有关[2]，实用的节流 口都介于理想薄壁孔和 细长孔 之间 ，故其 流量特性可 用凶流量通用公式q C·A ·△p印来描述。当c、Apl： -定时，只要改变节流 rl AT，就可以调 节通过节流 口的流 量q- 般的节流阀，如果希望节流阀的阀口面积AT调定后 ，通过其流量q.不再发生变化 ，以使执行元件 的速度保持稳定不变 ，但是实际上是做不到的。其主要原因是液压传动负载-般情况下不为定值，负载变化后 ，执行元件的工作压 力也随之变化 ；与执行元件相连的节流阀 ，其前后压差Ap发生变化后 ，流量也就变化 。另外油温变化 时引起的粘度发生变化 ，凶流通公式中的系数C值就 发生变化 ，从而 使流量发生变化 。

另外油液中的杂质及因氧化而产生的胶 质和沥 青等 胶状物 质也会堵塞节流 IZl或者积 聚在节 流 I：1上 ，积 聚物有时 又会 被高速液 流冲掉 ，使节流 口面积时常变化而影响流量稳定性。通流面积越大，水力直径越大 ，节 流通 道越 短 ，节 流 Iq就越 不容 易堵塞 ，流量稳定性越好 。

由以上分析可知 ，使用-般的节流阀很难达到精确控制执行元件速度的 目的。所以为了使节流阀的流量比较稳定及执行元件的速度比较精确，采取反腊 自动补偿的方式 ，使节流阀阀芯两侧的压差保持动态平衡 ，从而保 证节流阀的流量相对比较稳定 ，从而实现精确控制执行元件的速度。

2.2节流阀的节流口结构形式节流 阀的节流 口结构 形式 有针阀式 、偏心槽式、三角槽式 、周 向隙缝式及轴 向隙缝式等几种。其中三角槽式阀芯(如图2)作轴向移动时 ，改变了通流 面积 的大小 ，这种节 流 口结构 简单 ，工 艺性好 ，水 力直径 中等 ，可得较 小的稳定流 量 ，调节范 围较大 ，由于几条三角槽沿周围方向均匀分布 ，径向力平衡 ，故调节时所需的力也较小，这是- 种 目前应用很广的节流lZl形式。

2.3井下液压传动节流调速回路工作原理如 图3所 示 ，P。及P：的差值 Ap决定 调速 阀开 口大小 ，其 中P.的大小撒于 液压马达 负载 ，P，可 以远 程 控制 节 流 阀 来调节 ，在工作过程 中根据Pl的大小 实时控制节流阀改变P，，从而控制节 流调速 阀阀 Iq开 口大小 ，即改变节 流调速阀的流 量q，从而使液 压缸按 照设计 的速 度运行 ，达到调速 的 目的。

2.4井下液压传动节流调速阀结构由于普通的节流调速阀无法满足井下设备对精 确控制液 压缸速度的需 要 ，根据液压传动中节流调速特性、节流口结构形式 以 及井 下液 压传 动节 流调 速 回路 工作原理 ，研究设计 了- 种新型的 井下液 压传动节流调速阀(如图4N示)，其结 构主要由阀盖 、弹 簧 、阀芯 、阀体 、导向 套 、阀 口、封 套、密封圈等组成 。其 中A口及B口是两图1 节流调速原理三角槽阙芯液电磁F-麟 P1 l调 速 . l阀T 阀口节流阀图3 井下液压传动的节流调速回路液压原 理(下转74页)①项 目来 源 ：海洋石油重大装 备研究项 目。

作者简介：唐玉宏(1980-)，男，彝族，贵州兴仁人，工程师，2OO2年毕业于西南石油大学机械设计制造及 自动化专业，主要从事测井仪器研究及产业化工作，E-mail：tangyh###cos1.com.cn。

72 科技资讯 SCIENCE ＆ TECHNOLOGY INFORMATION可以改变 阴离子而使其具有不同的亲疏水性、不同的粘度、不同的导电率等，以适应于不 同的应用环境 。如具有不 同链长 的l-烷 基-3-甲基 咪唑系列 的离子液 体 ，其性能 也可以通过 改变烷基 链长进行修 整。如短 链长的 此类离子液体 具有各 向同性 、较宽的液体 存在范 围，可 以作为性能 优异的绿色溶剂使 用 ；增加取代的链长 ，此类离子液体就 可以发生有序 的 自聚集 ，形成不 同的微结构 ，使其具有液晶的性能。改变咪唑化合物的阴离子或者 使用双链的咪唑盐类化合物 也可以形成性 能 良好 的液晶行为 ，进-步使用质子化的单取代咪唑类阳离子的盐类也可以显示出性能很好 的SmA液晶行为 ，由此可见，咪唑类离子液体及其衍生物在制备液 晶功能材料方面有很好的应用前景 。

2.3 吡啶 ，吡咯类离子液体吡啶 、吡咯 类离子液 体是 另外两 种比较常见 的氮杂环类 离子液体 ，和咪唑类离子液体相 似 ，这两类 离子液体也 可以通过反应对结 构进行调 控 ，以制得具 有不同功能的离 子液体 。除了以上提及 的短 链链长的侧链 使其具 有- 般离子液体 的性 能外 ，研究发现在吡啶盐的侧链引入不同的碳链链长 ，如Cl2H25-、C14H29-、C16H3-和Cl8H37-等引入 到侧链结 构中 ，通过使 用不同的阴离子 ，如各种 卤素离子可以 制得相应的液 晶材料 。另外需要注意，- 些复合物通常会影响液 晶的形成 ，如带有氢氯酸 、氢溴酸和氢碘 酸 的-些 吡 啶盐通 常 很难 形成 液 晶行为。Cardinaels等人还系统研究了吡咯类离子液体及其衍生物的液晶行为，研究发现使用不 同的链长、不同的阴离子 ，对液 晶的类型和结构都 会产生影 响 ，可以形成 不同液 晶类型如T相、E相、六 角柱状相和近 晶A相等液 晶结构 。由此 可见 ，吡啶 、吡咯 类离子液体及其衍生物不仅可以作为-般的离子液体来 使用 ，而且可 以通过结构 调控来制备具有各种功能 的材 料。

另外，除了咪 唑、吡啶 、吡咯等 杂环作为阳离 子的氮 杂环类 离子液体 ，其 他的-些氮杂环 如哌啶 、吗啉 、哌嗪 、联二吡啶和苯并咪唑等也可以作为阳离子来制备相应的离子液体 ，但报道相对较少 。

3 应用前景随着绿 色化学 收到越 来越 多的重视 ，离子液体作为-种绿色溶剂也逐 渐成为研究的热点 。质子 化离子液体 和氮杂环 类离子液体具 有- 般离子液体 的特 点，均可以作为绿色溶剂来使用。除此之外，他们还可以作为 功能性 离子液体 ，如质子化 离子液体可以 形成氢键 网络 ，可以用在有 序聚集体领域 ，还可以用在生物 、质子化的 电解质等领域。氮杂环离子液体则较容易设计，通过烷基 化引入各种官 能团 ，如设计 不 同粘度 、电导性 、亲疏水性等性 能 ，可以用 在不同的环境条件下，如催化、太阳能电池、燃料 电池器件、电化学介 质等等。改变链长 ，还 可以设计此类化 合物具 有两亲性 质 ，用在 日用领域 ，进 -步还可以 构建 有序 自组工 业 技 术装结构，如胶束、囊泡、溶致液晶、离子液晶等，尤其是近年来，在质子化离子液体中构建以上有 序聚集体 收到 了广泛 关注 。由此可见 ，质子化和 氮杂环类 离子液体在 各个领域有着广泛 的应用，无论是从理论 ，还是从实验 以及应 用技术方面 ，都应该进 -步深入研究 ，以使其发挥最大 的效能。