ZMBT氣動薄膜隔膜調節閥 結構原理

氣動薄膜隔膜調節閥由氣動薄膜執行機構和隔膜閥兩部分組成。

隔膜閥的閥體流道平滑，節流元件為彈性隔膜，流通能力比一般調節閥大。彈性隔膜又起密封作用，無泄漏，因此，隔膜閥的閥蓋無填料函，結構簡單，維修方便，且介質不與外界接觸，所以也可用于有毒介質和污染介質的調節。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調式減壓閥,自力式減壓閥

閥門氣動裝置安全、可靠、成本低，使用維修方便，是閥門驅動結構中的一大分支。目前氣動裝置在具有防爆要求的場合應用較多。閥門氣動裝置采用氣源的工作壓較低，一般不大于 0.82MPa。又因結構尺寸不宜過大，因而閥門氣動裝置的總推力不可能很大。 
超高壓氣動減壓閥的工作原理如圖1所示。當壓頭無外力作用時，氣源來的氣體由輸入口進入閥體下部氣室，進氣閥門在氣壓和復位彈簧的作用下與進氣閥門座壓緊，閥輸出口無氣體輸出。當壓頭受外力F作用時，壓頭下移，通過平衡彈簧壓縮復位彈簧1，將排氣閥門壓下與排氣閥門座接觸，使輸出口與大氣隔離，壓頭繼續下移，頂開進氣閥門，壓縮空氣由進氣閥門控制的通道進入閥后面的執行元件氣缸。隨著氣缸壓力的增加，進氣閥門的開度逐漸減小，直到輸出口壓力p2與壓頭上的作用力相平衡時進氣閥門關閉。當外力消除后，進氣閥門在氣壓和復位彈簧2的力作用下，向上移動關閉。與此同時，壓頭與排氣閥門在復位彈簧1的力及排氣壓力的作用下復位，排氣口開啟，原輸出的氣體由排氣閥門經消聲器排入大氣。
現在再來研究排氣閥門處于某一平衡位置時的狀態。忽略壓頭、排氣閥門等的重力和摩擦力，排氣閥門受力平衡方程為：
F=p1A1+p2(A2-A1)+Fs+Ff(1)
式中：Fs――兩個復位彈簧的彈力之和;
Ff――密封圈的摩擦力;
A1、A2――分別為進、排氣閥門的有效受壓面積，
A1=π(d12-d012)/4，
A2=π(d22-d022)/4;
d――排氣閥門座直徑;
d01――頂桿下段直徑;
d02――頂桿上段直徑。
由式(1)知，閥的輸出壓力p2與壓頭上的作用力F成比例。
超高壓氣動減壓閥的工作原理
3、設計和計算
設計超高壓氣動減壓閥一般是先根據給定的設計參數和工作條件，選擇閥的結構型式，然后進行結構參數的選擇和計算。
通常給定的參數有：氣源壓力、閥zui大輸出壓力、通氣能力、zui大操縱力和行程等。設計和計算的內容有：選擇的結構型式，據通氣能力和工作壓力確定閥的結構尺寸，據行程和操縱力設計平衡彈簧等。
閥的結構設計重點在于進氣閥門、排氣閥門和活門座的密封結構，因為氣體粘度小，且工作壓力高，容易泄漏。閥的結構見圖1。
(1)通氣能力計算
閥的通氣能力是指在給定的氣源壓力、閥輸出壓力、執行元件氣缸及閥后管道的容積的情況下，閥的充氣、排氣時間。
通氣能力取決于進氣通道和排氣通道的面積。閥在充氣和排氣過程中時間很短，我們忽略熱交換的影響，即絕熱充氣和絕熱排氣。另外，根據閥的工作壓力，閥是以音速充氣和音速排氣。因此閥的進氣通道有效面積Aa按下式計算[2]：
式中：V――充氣總容積;
K――比熱比，絕熱充氣時，K=1.4;
T――空氣的溫度，標準空氣的溫度T=293.15K;
t1――充氣時間;
R――氣體常數，R=287.1N*m/kg/K;
p1――閥輸入口壓力;
p2――閥輸出口壓力;
p20――氣缸內在充氣開始前的壓力。
∵A1=Aa
∴根據結構(見圖1和圖2)，進氣孔直徑
按等面積原理，進氣閥門與閥門座的軸向距離(開度)
hc≥(d12-d012)/(4d1)(4)
放氣通道有效面積按下式計算
式中：t2――排氣時間;
p20――氣缸內排氣初始壓力;
pa――外界壓力。
其它符號意義同式(3)。
放氣孔直徑(見圖1和圖2)
放氣閥門與閥門座的軸向距離(開度)
h2≥(d22-d022)/(4d)(7)
(2)排氣閥座直徑的計算
由閥的工作原理知道，排氣閥門座直徑d的大小直接影響閥的調壓精度。若其直徑大，則閥的調壓精度高;反之，則閥的調壓精度低。但是，排氣閥門座直徑又受到操縱力的限制。排氣閥門座直徑(見圖3(b))可由式(1)得到
式中：Fmax――給定的zui大操縱力。
在滿足操縱力值的前提下，排氣閥門座直徑盡可能取大值。
(3)進、排氣閥門的設計
進、排氣閥門的設計主要包括結構型式、材料的選取和幾何尺寸的確定。閥門結構采用金屬包膠閥門(所謂金屬包膠閥門就是將橡膠直接硫化在金屬骨架上)。它利用了橡膠材料彈性高和密封比壓低的優點，使閥門在工作過程中具有良好的補償功能;另外利用了金屬材料的強度和剛度。閥門加工制造工藝性好，制造成本低廉。
橡膠材料的選擇主要根據其機械性能和閥的工作溫度。
硫化橡膠的厚度根據閥門座型面高度h選取，橡膠壓縮量在(20～25)%為宜。
進、排氣閥門的金屬骨架宜用黃銅，因其與橡膠的結合性能好。
(4)進、排氣閥門座型面的設計
閥門座型面與閥門的橡膠面直接接觸，在工作過程中使膠面變形，起密封作用，而且對閥的壽命影響很大。閥門座型面結構如圖2所示(其中：圖2(a)為進氣閥門座，圖2(b)為排氣閥門座)。圖中高度h范圍內為閥門座型面，R為密封面。R值小，閥的靈敏度高;R值大，閥的壽命長。經優化設計，R在 0.3～0.5范圍內取值較好。閥門座型面的粗糙度同樣也影響閥的密封性和壽命，粗糙度Ra應不大于0.4μm
圖2中b為支承面。它是用來限制膠面過度變形，起保護膠面的作用。
(5)平衡彈簧的設計
根據閥的性能分析，平衡彈簧與排氣閥門座直徑一樣，直接影響閥的調壓精度。減壓彈簧的剛度越小，閥的調壓精度越好。但是剛度太小，彈簧行程過長。它受到給定行程的限制，應根據給定的參數設計彈簧剛度：
k=Fmax/(h1+h2)(9)
有了彈簧剛度、彈力和行程，便可進行彈簧的設計了。兩個復位彈簧的剛度可設計成相同，而且，其剛度小于平衡彈簧的剛度。
一、閥門氣動裝置的使用條件 
使用條件 
氣源工作壓力    0.4~0.7（MPa） 
環境溫度和介質溫度    5~60（℃） 
活塞工作速度和葉片徑線速度    10~500（mm/s） 
電磁控制輸入信號電流    4~20mA 
二、閥門氣動裝置的分類 
閥門氣動裝置按其結構特點分為三種型式：薄膜式氣動裝置、氣缸或氣動裝置、擺動式氣動裝置。此外還有氣動馬達式氣動裝置。 
氣動裝置分類 
薄膜式    1、薄膜氣缸 
2、膜片 ①盤形膜片 ②平膜片 
3、彈簧 
4、活塞桿 
氣缸式    1、氣缸 ①單氣缸 ②雙氣缸 
2、活塞與活塞環 ① O形密封圈 ② J 形密封圈 ③ U 形密封圈 ④ V 形密封圈
3、活塞桿 
4、手動操作機構 
5、氣路附件 ① 回路系統 ② 信號返回路 ③ 空氣過濾器 ④ 減壓閥油霧器 ⑤ 控制換向閥 
擺動式    1、缸體 
2、定子 
3、轉子 
4、葉片 
三、各類氣動裝置的結構特點 
一、選擇依據介紹：
1.操作推力閥門電動裝置的主機結構有兩種：一種是不配置推力盤，直接輸出力矩；另一種是配置推力盤，輸出力矩通過推力盤中的閥桿螺母轉換為輸出推力。
2.操作力矩操作力矩是選擇閥門電動裝置的zui主要參數，氣動執行器輸出力矩應為閥門操作zui大力矩的1.2～1.5倍。
3.閥桿直徑對多回轉類明桿閥門，如果電動裝置允許通過的zui大閥桿直徑不能通過所配閥門的閥桿，便不能組裝成電動閥門。因此，電動裝置空心輸出軸的內徑必須大于明桿閥門的閥桿外徑。對部分回轉閥門以及多回轉閥門中的暗桿閥門，雖不用考慮閥桿直徑的通過問題，但在選配時亦應充分考慮閥桿直徑與鍵槽的尺寸，使組裝后能正常工作。
4.輸出軸轉動圈數閥門電動裝置輸出軸轉動圈數的多少與閥門的公稱通徑、閥桿螺距、螺紋頭數有關，要按M＝H／ZS計算（M為電動裝置應滿足的總轉動圈數，H為閥門開啟高度，S為閥桿傳動螺紋螺距，Z為閥桿螺紋頭數）。
5.氣動閥門執行器有其特殊要求，即必須能夠限定轉矩或軸向力。通常閥門電動裝置采用限制轉矩的連軸器。當電動裝置規格確定之后，其控制轉矩也就確定了。
6.輸出轉速閥門的啟閉速度若過快，易產生水擊現象。因此，應根據不同使用條件，選擇恰當的啟閉速度。
氣動裝置結構特點 
型式    特點 
薄膜式    行程短，＜40mm，結構緊湊，靈活，無手動機構 
氣缸式    行程長，必要時需加緩沖機構，出力不夠采用雙氣缸結構，有手動和手氣動切換結構
擺動式    結構簡單，成本低，往復運動直接變成旋轉運動 
氣動馬達式    可以直接代替閥門電動裝置的電動機而成為氣動裝置，因而可具有電動裝置的力矩控制等功能，但結構復雜 

    (3)閥門液動裝置的正確選擇
    由于閥門液動裝置可以獲得很大的輸出力矩，故當驅動閥門需要很大的力矩時可采用
液壓驅動裝置。
    在正確選擇閥門驅動裝置時還應看到：在所有閥門驅動裝置中，電動和薄膜式氣動裝置應
用zui廣。電動裝置主要用在閉路閥門上；薄膜式氣動裝置主要用在調節閥上；電磁傳動主要用
于小口徑閥門上；置人式的波紋管傳動裝置主要用在閥瓣的行程不大的閥門上和有腐蝕性和
毒性的介質中，但它的使用范圍住往受控制主傳動裝置的輔助的先導裝置的限制。
    選擇閥門驅動裝置，對閥門驅動裝置不可忽視的一項特殊要求是，必須能夠限定轉矩
或軸向力，閥門電動裝置采用限制轉矩的聯軸器。在液動和氣動驅動裝置中，其zui大作用
力取決于膜片或活塞的有效面積以及驅動介質的壓力。也可以用彈簧來限制所傳遞的作
用力。
壓、液壓或其組合形式的動力源來驅動，其運動過程可由行程、轉矩或軸向推力的大小來
控制。
    由于閥門驅動裝置應有的工作特性和利用率取決于閥門的種類、裝置的工作規范以及
閥fj在管線或設備上的位置。因此，闊門驅動裝置正確的選擇與閥門類型與技術參數戚戚
相關。正確選擇閥門驅動裝置的依據是：
    ①閥門的型式、規格與結構。
    ②閥門的啟閉力矩（管道壓力、閥門的zui大壓差）、推力。
    ③zui高環境溫度與流體溫度。
    ④使用方式與使用次數。
    ⑤啟閉速度與時間。
    ⑥閥桿直徑、螺矩、旋轉方向。

采用耐腐蝕襯里的閥體和耐腐蝕隔膜的隔膜閥，可避免襯里母體－金屬閥體的腐蝕。適用于強酸、強堿和強腐蝕性介質的調節。

原理：由調節器來的信號壓力、輸入氣動薄膜執行機構的氣室，產生推力，使推桿位移，通過接桿帶動隔膜產生相應的行程，隔膜位置的變化、改變了隔膜與閥體堰面間的流通截面積，從而達到調節介質流量的目的。

ZMBT氣動薄膜隔膜調節閥性能