单向失压切断阀

　　1 前言

　　近年来大型钢铁企业液压系统应用极为广泛,特别是各类热轧系统。在这些企业里液压系统的应用都趋向于整体化、集中化。液压系统均属于多泵供油的蓄能器保压系统,如图1所示,因此,液压系统的安全就显得更为重要,液压管路的爆裂事故将会引起油喷甚至导致火灾,造成很大的损失,因此,有必要使用单向失压切断阀,当系统事故发生时,切断油源来减少损失。

　　2 单向失压切断阀

　　单向失压切断阀结构如图2a所示,该阀类似于单向阀结构,其主要有阀芯、阀体、弹簧和前后阀座等组成。单向、切断完全由压力控制,起动时手炳左位限制阀芯的向左位移量,防止切断,起单向阀作用,起动后手炳转向右位(图示位置)仍起单向阀作用,一但系统发生管爆时,该阀出口失压,在进油压力控制下切断油源。

　　3 理论分析

　　单向失压切断阀的阀芯受力如图2b所示,主要受到了液压力、液动力、弹簧力、摩擦力和惯性力。摩擦力和惯性力均很小,可以忽略。

　　液压力是进出油口压差对阀芯产生的作用力(液压力驱使阀口关闭):

　　式中F1--液压力

　　p1--单向失压切断阀的进口压力

　　p2--单向失压切断阀的出口压力

　　A--阀座出口的通流面积

　　液动力是液体流动时对阀芯产生的作用力,包括稳态和瞬态液动力[1],当稳态液动力远高于瞬态液动力,则瞬态液动力可忽略(液动力驱使阀口关闭)。

　　式中F2--液动力

　　Q--液体的密度

　　qv--流经阀的流量

　　v1--阀座与阀芯通道内的速度

　　v2--阀芯出口的速度

--阀芯半锥角,即液流角

　　软硬弹簧组成的合力(软弹簧可使单向阀开启压力低,硬弹簧可防止阀芯过早切断并留一定的间隙)(弹簧力驱使阀口开启)。

　　式中F3--弹簧力

　　k1--软弹簧(单向阀)的刚度

　　k2--硬弹簧(切断阀)的刚度

　　x0--单向阀软弹簧初始压缩量(软弹簧预压缩量和硬弹簧与套的间隙之和)

　　x--切断阀硬弹簧关闭时的压缩量

　　因此,阀芯起单向阀工作时的平衡方程:

　　阀芯起切断阀工作时压向阀套的合力(此时切断阀出口失压p2<<p1):

　　由此可见,单向失压切断阀正常工作时的主要表现是在液压力和液动力如何克服弹簧力,而液压力远高于液动力,那么单向失压切断阀切断时可以近似地认为液压力完全克服了硬弹簧压缩反力,则阀口关闭时