插装阀过流面积与阀芯开度关系的求解

　　1 引 言

　　恒力泰公司的 YP 系列压砖机，大量使用自行设计的插装阀， 用作流量和方向的控制。 分析插装阀的过流面积曲线，对插装阀的结构设计有一定的指导作用，也为插装阀的流量计算打下基础。

　　2 插装阀的介绍

　　2.1 25 通径插装阀的结构简图

　　25 通径插装阀的结构简图如图 1 所示 , 它由盖板、阀杯、阀芯、调节螺杆和弹簧组成。

　　2.2 阀芯不同开度下过流面积的分析

　　图 2 为阀芯与阀杯间的过流面积及节流窗口过流面积的形成示意图。 阀芯开度由零到最大行程变化时，阀芯与阀杯之的几何关系是不断发生变化的， 阀杯与阀芯间隙过流面积 A1 及节流窗口过流面积 A2 的计算公式也有所不同。

　　

　　

　　3 不同开度下过流面积的求解

　　阀杯阀芯间隙过流面积 A1 及节流窗口过流面积 A2 的大小与阀芯的开度有关。 阀芯开度在零与最大行程 10mm 之间变化时， 其过流面积应当分段计算， 具体的计算过程如下：

　　（1） 当阀芯开度为 0≤h≤0.5 时

　　当阀芯开度为 0≤h≤0.5 时， 阀芯与阀杯间的几何关系如图 3 所示。

　　

　　根据阀杯阀芯的结构尺寸，可求得过流面积

　　A＝1.12h²+45.15h（0≤h≤0.31） 　　（1）

　　A＝14.33（0.31＜h≤0.5） 　　（2）

　　（2） 当阀芯开度为（0.5＜h≤1）时

　　当阀芯开度为 0.5＜h≤1时，阀芯阀杯间的几何关系如图 4 所示。

　　

　　过流面积 A 的计算公式：

　　

　　（3） 当阀芯开度为 1＜h≤5.69 时

　　当阀芯开度为 1＜h≤5.69 时，阀芯阀杯间的几何关系如图 5 所示。

　　过流面积 A 的计算公式

　　A=2.08h²+12.27h+7.09(1＜h≤5.69) 　　（4）

　　

　　（4） 当阀芯开度为 5.69＜h≤6.63 时

　　当阀芯开度为 5.69＜h≤6.63 时， 阀芯阀杯间的几何关系如图 6 所示。

　　

　　（5） 当阀芯开度为(6.63＜h≤10)时

　　当阀芯开度为 6.63＜h≤10 时， 阀芯阀杯间的几何关系如图 7 所示。

　　

　　过流面积 A 的计算公式

　　A=1.11h²+26.35h-55.97(6.63＜h≤8.95) 　　（6）

　　A=268.67(8.95＜h≤10) 　　(7)

　　综上所述，阀芯开度在 0≤h≤10 变化时，过流面积 A的计算公式如下：

　　

　　?4 插装阀过流面积曲线的绘制

　　本文的第三部分详细求解了过流面积 A 与阀芯开度 h的函数关系，函数关系表达式准确，但是对于不同的阀芯开度，过流面积的值也不一样，计算过程相当繁琐。 在实际的工程应用中， 并不要求在不同阀芯开度下对应的精确过流面积， 而更关心的是在不同阀芯开度下对应的过流面积的变化趋势和范围， 最好的表达方式就是通过图形来表示过流面积与阀芯开度之间的关系。 图形具有形象生动、直观、易读等优点， 即使是非专业的技术人员也能够读懂其对应关系。