SMC電磁閥的選型與設(shè)計(jì)
SMC電磁閥的關(guān)閉與排放閥門密封要求*, 須快開快閉, 并具有故障保護(hù)功能、自動(dòng)控制功能和較*的可靠性。因此氣動(dòng)控制截止閥(電廠俗稱疏水閥, 疏水門) 成為這類系統(tǒng)的產(chǎn)品。氣動(dòng)控制截止閥密封比壓持久穩(wěn)定, 調(diào)試簡(jiǎn)單, 維護(hù)要求低, 故障低, 可靠性*, 失氣失電自動(dòng)保護(hù),快速啟閉, 價(jià)格相對(duì)低廉, 節(jié)能環(huán)保, 因而適用于火電廠疏放水工況。
SMC電磁閥一般為全開全閉式。從流量特性考慮, 截止閥和球閥具有啟閉行程短, 速度快,密封可靠, 啟閉靜態(tài)力矩小等特點(diǎn), 因而兩類產(chǎn)品都得到應(yīng)用。但從可靠性考慮, 主流產(chǎn)品仍然是氣動(dòng)截止閥。
SMC電磁閥的氣缸為定型產(chǎn)品, 依作用方式可分單作用和雙作用兩種。單作用產(chǎn)品帶復(fù)位圓柱彈簧, 具有失氣自動(dòng)復(fù)位功能, 即失氣時(shí)氣缸活塞(或膜片) 在彈簧作用下, 驅(qū)動(dòng)氣缸推桿回復(fù)到氣缸初始位置(行程的原始位置) 。雙作用氣缸無(wú)復(fù)位彈簧, 推桿進(jìn)退須依靠變換氣缸氣源的進(jìn)出口位置。氣源從活塞上腔進(jìn)時(shí), 推桿向下運(yùn)動(dòng)。氣源從活塞下腔進(jìn)時(shí), 推桿向上運(yùn)動(dòng)。由于不帶復(fù)位彈簧, 雙作用氣缸對(duì)比同徑單作用氣缸具有更大的推力, 但不具備自動(dòng)復(fù)位功能。顯然不同的進(jìn)氣位置使推桿有不同的方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)進(jìn)氣位置在推桿的背腔時(shí), 進(jìn)氣使推桿前進(jìn), 這種方式稱為正作用氣缸。反之進(jìn)氣位置在推桿同側(cè)時(shí), 進(jìn)氣使推桿后退, 這種方式稱反作用氣缸。氣動(dòng)截止閥因?yàn)橐话阈枰獗Ｗo(hù)功能, 通常選用單作用氣缸(圖1) 。
SMC電磁閥(a) 正作用式　(b) 反作用式
SMC電磁閥從分析可知, 當(dāng)閥門保護(hù)方式為失氣打開時(shí),必須選擇單作用的正作用氣缸。當(dāng)閥門的保護(hù)方式為失氣關(guān)閉時(shí), 必須選擇單作用的反作用氣缸。單作用的正作用氣缸在閥門關(guān)閉時(shí)必須維持持久的穩(wěn)定氣源壓力, 對(duì)氣源的穩(wěn)定性和持久性要求較*常閉閥盡可能地避免選擇這種設(shè)計(jì), 此結(jié)構(gòu)適用于常開閥。單作用的反作用氣缸適用于常閉閥, 但對(duì)于彈簧的要求較*, 應(yīng)具有穩(wěn)定持久的彈力。
SMC電磁閥除了作用方式的選擇, 計(jì)算所選氣缸推力是計(jì)的重要工作, 以常見的常閉式氣動(dòng)截止閥(圖2) 為例分析。因壓力較*, 為盡可能選擇較小的氣缸, 采用了上進(jìn)流(倒流) 的閥門設(shè)計(jì)方式。為提*密封比壓, 采用了錐形密封面。
在航天試驗(yàn)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。航天氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱試驗(yàn)系統(tǒng))有些部分處于低溫或*壓工作環(huán)境中,操作介質(zhì)主要有液氧、液氮和液氫等低溫介質(zhì)及其他一些易燃有毒介質(zhì)。所以試驗(yàn)系統(tǒng)中閥門的閥座一般采用不銹鋼或鋁合金等耐低溫材料,而閥瓣一般采用F4、F46、聚酰亞胺或銅合金等材料。由于非金屬密封材料在*壓下工作時(shí)泄漏嚴(yán)重,所以試驗(yàn)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了金屬密封結(jié)構(gòu)。本文以閥瓣為銅合金球形結(jié)構(gòu),閥座為不銹鋼錐形結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)截止閥為例,介紹截止閥氣缸力計(jì)算方法。
2、密封機(jī)理
在SMC電磁閥中為**流體的密封性,必須在密封表面間有一個(gè)相互作用的力(圖1) ,即在密封表面上產(chǎn)生一定的比壓,引起密封面微觀不平度的變形,如果變形是在材料的彈性極限范圍內(nèi),并造成不大的殘余變形,那么接觸面上的比壓大于必須比壓時(shí),即可以**其密封性。而在球面密封中,球面與錐面在氣缸力作用下,根據(jù)接觸表面的粘著理論,在簡(jiǎn)單載荷作用下真實(shí)接觸點(diǎn)上的接觸應(yīng)力足以產(chǎn)生塑性變形,形成小的平面接觸直到接觸面承受全部載荷為止。由于銅合金球面的屈服強(qiáng)度比不銹鋼閥座的屈服強(qiáng)度低,易于發(fā)生塑性變形。所以球面密封的形成過(guò)程就是球面和錐面之間相互接觸發(fā)生彈塑性變形的過(guò)程,變形材料的塑性流動(dòng)使接觸面上的微觀空隙逐漸填滿,達(dá)到密封效果。