新型微流量超高压海水比例溢流阀的研制

　　引 言

　　水压传动技术综合了液压技术、先进制造技术、材料科学、摩擦学等相关技术和学科,是流体传动及控制领域最新的发展方向之一。尤其近年来,随着海洋资源勘探作业技术的发展,水压技术在海洋开发中的应用日益突出。

　　20世纪末,深海极端环境中微生物的发现对地球生命起源提出了新的研究课题,而此类微生物具有的嗜冷(或嗜热)、耐压(嗜压)、抗毒等一系列特点,所以用于深海微生物的试验培养的深海极端环境(高压,高温或低温环境)模拟试验装置的研制具有重大意义,但同时又面临许多技术难题,目前仅有日、美、法等国研制出了深海微生物的培养和监测设备,现在我们正研制一套深海极端环境模拟多级培养和监测系统。压力控制是该系统的重要一环,需要一种微小流量、高压比例溢流阀来控制其工作腔的流动体系流量、最高工作压力以及保压试验时压力能精确稳定等。目前,国内在此类阀的研究仍是空白,而国外的类似试验装置采用的是步进电机带动的手动调压阀,但难以实现闭环控制,动态响应慢,可靠性低。为此按照系统要求研制了一种新型微流量超高压比例溢流阀,此项研究成果在医疗设备、生物培养等领域具有广阔的应用前景。

　　1 特殊的工况特点

　　1.1 海水介质的特性

　　(1)黏度低 海水的黏度仅为液压油的1/20~1/40,在其他条件相同的情况下,因黏度的不同,就使泄漏量达到油压元件泄漏量的20~40倍。

　　(2)润滑性差 海水产生的液膜厚度只有矿物型液压油的1/3~1/20,高压时极易造成相互运动表面之间的直接接触,摩擦副无法实现液体润滑,磨损加剧。

　　(3)气蚀性强 海水的气化压力比矿物型液压油高千倍,并且随着温度的升高,气化压力上升很快,这就意味着海水极易气化和沸腾,产生气蚀现象。

　　(4)腐蚀性强 海水中的氯化物浓度、氯离子、度及细菌会使材料表面产生复杂的物理化学反应,使之脆弱化。而强烈的磨损会剥落脆弱化的表面组织,从而加速表面的磨损。

　　1.2 微流量和高温高压特点

　　系统的工作腔的流动体系流量限定在0101~4199ml/min,工作温度范围是0e~400e,最高工作压力60 MPa,且温度压力在全工作范围内连续可调。上述恶劣的工况特点带来的是摩擦力较大、气蚀破坏、拉丝冲蚀、腐蚀破坏以及高压下密封困难等技术难题是该阀设计和应用中重点考虑的问题,必须在材料和结构形式的选择及加工工艺方面采取针对性的措施,方能达到预期效果。

　　2 新型比例溢流阀的研制

　　2.1 结构组成

　　比例溢流阀主要由三部分组成,即阀体、阀芯和电-机械转换器。为了克服海水的黏度低、润滑性差等缺陷,采用针阀结构,并且圆锥面要进行特殊处理提高其硬度,以利用阀芯阀座的可靠的线密封实现微小流量的有效控制;阀进出口均采用先进的自紧式超高压密封技术。其结构如图1a。