海水液压调速阀的设计与试验研究

　　0 引言

　　海水液压调速阀直接以海水作为工作介质。同油压调速阀相比,海水的特殊理化性能给海水液压调速阀的研制带来了许多新的问题。国际上有关海水流量调速阀研究的报道并不多见。丹麦的Danfoss公司研制出的调速阀只能以淡水作为工作介质[1]。Hayashi等[2]对该阀的动静态性能进行了仿真研究。结合海水液压驱动的水下作业工具系统的使用要求,笔者研制了一种海水液压调速阀,该阀用来控制进入海水液压马达或缸的流量,从而调节作业工具的速度。其指标要求如下:额定压力为14MPa,额定流量为40L/min,最小稳定流量为3L/min。本文介绍了海水液压调速阀的结构原理,在分析该阀面临的关键技术问题的基础上,提出了相应的解决办法,并进行了试验研究。

　　1海水液压调速阀的结构原理

　　图1为海水液压调速阀的结构原理图,图2为其工作原理图。调节手柄,阀芯1在弹簧的作用下开启一定的开度,水流从进水口进入调速阀,此时阀芯2在弹簧的作用下处于全开的位置。进入阀的水流经过节流口1和节流口2,从出水口流出。进口压力同时通过导水长孔作用在阀芯2的底部,如果阀芯2受到的作用力大于弹簧和液动力等的合力,将推动阀芯2朝减小其节流口面积的方向运动,到达一个新的受力平衡位置,节流口2也维持在一定的开度。此时出口的流量即为阀在这个开度时通过的流量。如果进口压力p₁加大,作用在阀芯2底部的力增大,将推动阀芯运动,使得节流口2的开度减小,从而使两节流口中间容腔中的压力p₂增大,节流口1两端的压差(p₁-p₂)维持不变,阀在一定开度时通过的流量不变。在进口压力p₁减小以及出口压力p₃增大或减小时,阀芯2的随动能基本保证海水流量调节阀节流口1在某一开度工作时,其两端压差基本恒定,从而使通过阀的流量基本维持在某一稳定值。阀芯2在阀的工作中起一个压力补偿器的作用。

　　在该阀中,阀芯1和阀芯2均采用插装式结构型式,相比油压阀中由定差减压阀和节流阀组成的调速阀,结构简单,减少了间隙密封,因此更适合用海水作为工作介质。

　　2 关键技术问题

　　2.1阀口型式选择

　　锥阀由于过流能力强、结构简单、能完全关死、抗污染能力强等优点在水压阀中的应用很广[3]。滑阀主要靠间隙来密封。由于水的粘度低,滑阀以水为介质时,主要存在控制边易产生拉丝侵蚀、间隙小、抗污染能力差、泄漏大等问题。目前所见的滑阀型式的水压阀主要采取如下两种办法来解决上述问题:一是在阀芯上加密封圈来降低对密封间隙的要求,同时对阀芯和阀套的磨损起到补偿作用[4];二是用陶瓷做阀芯,由于陶瓷的刚性好,不易变形,因而阀芯和阀套之间的间隙可以做到很小。Hauhinco公司的两位三通滑阀式比例阀就采用了这种型式[4]。球阀的优点是可以做到完全密封、泄漏量小、动作可靠、制造相对简单,因此在水压元件中也被广泛采用。