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紧急卸荷阀的设计与研究

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116研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用

中国设备工程 2023.12（下）1 前言紧急卸荷阀属于压裂作业配套装置，通常安装在高低压管汇上部，为压裂系统提供超压保护。我国页岩油储量超过500亿吨、页岩气储存量超过36万亿立方米，紧急卸荷阀在未来相当长的时间内有这广阔的市场。目前陆相页岩油和页岩气尚处于起步阶段，压裂装备的发展在未来具有广阔的空间，其中紧急卸荷阀的研发设计是重要一环，亟需提高其性能和适用性。为此，太原科技大学的武宗才对卸荷阀的工作机理进行了梳理推算出卸荷阀的动态特性方程，对卸荷阀系统进行了频域分析和模态分析，得到了卸荷阀稳定裕度和固有频率，采用遗传算法提高了卸荷阀在实际应用中的动态特性，并通过试验台对卸荷阀进行了主要参数测试，对仿真的结果进行了验证。Kento Kumagai等人通过试验的方式，对阀芯位移、空化程度和压力的动态关系进行了实验研究分析，提出了提升阀振动发生机理的假设，得到了空化现象会放大提升阀振动效果的结论。包括上述学者在内的众多学者对卸荷阀的工作特性进行了大量研究，但关于紧急卸荷阀的开启压力精确化控制和密封性鲜有研究，且现有卸荷阀阀芯一般使用锥形结构，在阀芯内部安装弹簧，结构较为复杂，制造和安装成本高，且密封性较差，不能实现对开启压力的精确控制。针对上述问题，本文设计出一种紧急卸荷阀，其中密封结构为钢球与阀座之间经过配磨的金属密封，等同于浮动球的密封效果，且在阀芯内安装碟簧。通过设计计算、仿真分析、试验测试可得紧急卸荷阀密封效果较好，整体强度满足要求，且可实现开启压力值的精确设置，符合工程应用需求，对于新型紧急卸荷阀的结构设计具有重要意义。2 结构型式与工作原理 本文所设计紧急卸荷阀结构如图1所示，由阀体、阀座、阀杆、钢球、碟簧、调节螺母和一系列零部件组成。紧急卸荷阀的设计与研究肖艳平1，刘方2，陈俊泽2，詹良斌1（1.苏州道森钻采设备股份有限公司，江苏 苏州 215000；2.长江大学机械结构强度与振动研究所，湖北 荆州 434023）摘要：紧急卸荷阀是油田固井和压裂作业的重要设备,主要用于配备在压裂车、固井车及钻井泥浆泵等高压系统上，现有卸荷阀型号众多，但仍存在适用性差，开启压力控制不精确等问题。因此，本文介绍了一种石油压裂设备用紧急卸荷阀，通过对紧急卸荷阀密封结构和板簧进行设计分析、数据模拟及现场测试得出该紧急卸荷阀阀芯与阀座具有良好的密封性，满足高压力工况的高强度要求，具备精确控制开启压力的功能，为新型紧急卸荷阀结构设计提供了参考。关键词：阀座；卸荷阀；压裂作业；高压系统；压裂车中图分类号：TE937 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2023）12（下）-0116-03该紧急卸荷阀为2寸140MPa紧急卸荷阀，泄放压力为123～125MPa。

1.阀座 2.阀体 3.阀杆 4.钢球 5.碟簧 6.调节螺母 7.公由壬 8.母由壬图1 紧急卸荷阀结构图钢球与阀座之间形成球面对锥面的密封，通过压套、阀盖将阀座压紧在阀体上，密封球由阀座和密封球经过配磨，实现金属密封，实现等同于浮动球的密封效果。阀杆带有放置碟簧的台肩，材料为铸造高铅锡青铜，有很高的抗震性能。碟簧则提供一个初始的密封力。图1为原始工作位状态，此时，在碟簧的作用下，阀杆推动钢球，使得钢球与阀体形成密封。紧急卸荷阀通过由壬接口接入压裂系统的高低压管汇中，压裂系统中的压裂液压力超过额定压力时，压裂液顶开卸荷单向阀阀芯使得管路中残余高压压裂液经过卸荷流道连通卸荷腔实现卸荷。在碟簧上设置调节螺母，可根据需要精确调节紧急卸荷阀的工作压力。3 结构设计与分析3.1 密封结构设计本文所设计的紧急卸荷阀密封结构示意图如图2所示，该紧急卸荷阀由钢球与阀座之间形成球面对锥面的密封，通过压套、阀盖将阀座压紧在阀体上，密封球由阀座和密封球经过配磨，实现等同于浮动球的密封效果。球阀的密封形式浮动球阀和其它阀门对比，有着品质轻、体型小、便捷和适用于各种管道施工的特征，并且密封性好，在使用中基本没有介质泄漏。该紧急卸荷阀控制压裂液卸荷通道开启方式采用了钢球与阀座间的金属密通讯作者：刘方。

117中国设备工程China PlantEngineering

中国设备工程 2023.12（下）封技术，更加安全可靠，通过板簧的作用，阀芯的开启和关闭受到控制，同时与阀座密封配合，以达到精确控制介质压力的目的。

1.阀座 2.密封球图2 密封结构示意图3.2 碟簧结构设计（图3）

图3 碟簧结构示意图碟簧的最小工作负荷： ()minmin8786.832n11fRMPnPNfnf==−−− （1）碟簧的最大工作负荷：()maxmax56506.2293n11fRMPnPNfnf==−−− （2）式中，每组叠合碟簧中碟簧片数n=4；承载边缘处的摩擦系数fR=0.03；碟簧锥面间的摩擦系数fM=0.01。计算系数：2110101tt47.603313534488CHtHttttt==−+−+ （3）21022151148.603332ttCHCt=−+= （4）()()()()21C110.6878C12C1lnCtK−==+−−Π （5）()()()2C11lnC61.2126lnCK−−==Π （6）()()3C131.3656lnCK−==Π （7）21142CCC122K=−++= （8）式中，碟簧厚度t=3mm；单个碟簧自由高度H0=4.1mm；碟簧外径D=50mm；碟簧内径d=25.4mm；直径比C=D/d=1.9685；碟簧厚度t1=3mm。计算应力： （9）2044232214EtfhfKKKK1KDtt2t=−−+=−−Ⅰσμ2044232214EtfhfKKKK352.4742MPa1KDtt2t=−−+=−−Ⅰσμ （10）2044232214EtfhfKKKK11KDtt2t=−−−=−Ⅱσμ2044232214EtfhfKKKK186.8519MPa1KDtt2t=−−−=−Ⅱσμ （11）()2044232214Etf1hfKKK2KK1KDtct2t=−−−−−Ⅲσμ()20442332214Etf1hfKKK2KK189.6714MPa1KDtct2t=−−−−=−Ⅲσμ （12）()2044232214Etf1hfKKK2KK84.3061KDtct2t=−−−+−Ⅳσμ3K84.3063MPat+=− （13）式中，碟簧厚度t=3mm；无支撑面压平时的变形量h0=H0-t=1.1mm；预压变形量fz1=0.5mm;碟簧组数I=4；单组碟簧预变形量：1ff0.125zmmI==；直径比1.9685Dcd==；泊松比μ=0.3。安全系数：y4.7961==2压Ⅰσσ-σ （14）y4.4564==1拉Ⅲσσσ （15）式中，碟簧材料屈服强度y1127MPa=σ；许用抗拉强度y1y0.75845.25MPa==σ；许用抗压强度y2y1.51690.5MPa==σ。3.3 材料选择密封球与阀杆采用GCr15高碳铬轴承钢，经过淬火、回火等工艺后有着优良的综合性能，有较好的耐磨性。阀盖和阀体采用4140合金结构钢，其强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小。板簧采用50CrVA弹簧钢，具有良好的力学性能和工艺性能，淬透性较高等特点。紧急卸荷阀材料性能如表1所示。

118研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用

中国设备工程 2023.12（下）4 结构强度数值模拟利用有限元软件对紧急卸荷阀阀体进行仿真分析，采用单元尺寸为5mm的四面体网格进行网格划分并对关键部位进行局部加密，设置4140合金结构钢材料属性，对阀体的外表面施加固定约束，并根据设计要求对阀体内表面施加140MPa压力载荷（图4）。

图4 紧急卸荷阀阀体有限元模型计算分析结果如图5所示，最大应力为673.44MPa，位于阀体两圆柱之间的相贯线位置，圆柱结构发生变化产生的相贯线位置产生应力集中。该最大应力小于材料的屈服应力930～1200MPa，故该零件是安全的。

图5 紧急卸荷阀阀体应力云图5 结构模型实验（1）整体强度测试。将紧急卸荷阀接入测试设备从紧急卸荷阀的上游打压，泵压210MPa，保压3min后泄压，再次升压至210MPa，保压15min，压力变化小于3.45MPa无泄漏和损坏，符合卸荷阀强度设计要求。（2）整体密封测试。从紧急卸荷阀下游打压，升压到140MPa,保压15min后泄压，压力变化小于3.45MPa，无可见泄漏。（3）系统开启试验。按装配手册调整调压螺母的尺寸，从下游打压125MPa，直到阀门开启，测试开启压力在123～125MPa，符合相关设计要求（图6）。6 结语本文针对紧急卸荷阀开展了结构设计、有限元分析及试验验证等研究，主要结论如下：（1）该紧急卸荷阀控制压裂液卸荷通道为直动式结构，采用了钢球与阀体间的金属密封技术，运用了相互错开的蝶形弹簧结构，可提供更好的缓冲效果，实现快速精确地调节开启压力值。（2）该紧急卸荷阀阀体有限元仿真结果显示，最大应力为673.44MPa，位于阀体两圆柱之间的相贯线位置，这是由于该处结构发生变化形成结构尖角而产生应力集中，该最大应力小于材料的屈服应力930～1200MPa，满足强度要求，验证了阀体结构设计的正确性和有效性。（3）紧急卸荷阀现场试验测试结果表明，整体强度压力变化小于3.45MPa，无可见泄漏且阀芯开启压力在123～125MPa，符合相关设计要求，满足现场工况的需要。参考文献：[1]陈沙古,高原,吴智睿,郁伟,周成,刘成. 深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究[J]. 海洋工程:1-10.[2]吕奇伟.综采工作面液压支架数字式卸荷阀的设计与研究[J].自动化应用,2023,64(15):122-124.[3]王振耀,刘银水,王伟,卢海承.大功率水压比例卸荷阀功率级动态特性仿真研究[J]. 华中科技大学学报(自然科学版),2023,51(06):62-67.[4]郭岩成.高压超大流量纯水卸荷阀设计与试验研究[D].兰州理工大学,2023.[5]任建颖.多路阀用三通流量卸荷阀阀口结构参数对流场特性影响的分析[J]. 液压与气动,2023,47(05):152-160.[6]龙亮,张鹏,袁华,杜亚兰,伍家威.一种卸荷式高压气路常闭电爆阀设计[J].中国机械,2023,(08):26-29.[7]马思宇,韦文术,于瑞,卢海承,胡经文,郭宗凯,周华.卸荷阀抗气蚀结构的参数协同匹配优化方法[J].流体机械,2023,51(02):61-69.[8]郝尉谷,李心远,姜克壮,邢科礼.过载保护用卸荷阀性能试验系统的开发[J].工业控制计算机,2023,36(02):69-70.[9]武宗才.高压高水基矿用乳化液泵站卸载阀的研究[D].太原科技大学,2011.[10]Kumagai K,Ryu S, Ota M, et al. Investigation of poppet valve vibration with cavitation[J].International Journal of Fluid Power,2016,17(1): 15-24[11]夏叶创,吕善超,李聚领.液压支架用截止卸荷阀的研制[J].煤炭技术,2022,41(10):214-215.[12]卢海承,韦文术,王伟.高压大流量电磁卸荷阀气蚀防治技术研究[J].煤矿机械,2022,43(07):30-32.[13]王杨.高压大流量矿用卸荷阀设计与研究[D].中国矿业大学,2023.[14]董庆震.高压超大流量高水基卸荷阀的研究[D].兰州理工大学,2022.[15]吴乙万,程湖,白鸿柏,訾宝,汤宇.金属橡胶/碟簧叠层复合结构阻尼特性及其非对称迟滞模型参数识别[J]. 振动与冲击,2022,41(20):270-276+314.图6 试验测试图表1 紧急卸荷阀材料性能材料名称屈服强度极限σs／MPa拉伸强度极限σb／MPa弹性模量E／MPa密度ρ／kg·m－3延伸率δ／％GCr155518.48861.32210×10377810227.95441409930-120011080-13502210×10377850110-25550CrVA11127112742210×10377850110

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水液压溢流阀设计及研究

水液压溢流阀设计及研究

科技创新与应用１　２０１４年第２１期　科技创新　水液压溢流阀设计及研究　夏立超　张文康　（中国海洋大学，山东青岛２６６１００）　摘要：结合水介质的特性，分析了水压溢流阀和其二级节流阀口结构存在的关键技术难题，在此基础上设计了一种新型的水液　压溢流阀。针对关键技术难题，在结构上主要采取了如下措施：阀芯分为两部分，分别以弹簧力压紧与阀座上面，确保了二级节　流口的密封性；流体同时作用于阀芯后端，抵消了部分液压力，从而减小了弹簧预压缩力，提高了动态性能和调压范围。　关键词：水液压；溢流阀；二级节流　前言　水液压溢流阀作为水液压系统中的关键部件，其研究具有重要意　义。目前国内外主要是对先导式水压溢流阀进行研究旧，主要是当溢流　阀在高压大流量睛况下工作时，采用直动式溢流阀结构，会使调压弹簧　力很大，使调雁陛能和动态性能变差。另外水压溢流阀的二级节流阀口　结构存在同时密封的问题。为克服以上直动式溢流阀的缺点以及水介　质带来的一系列技术难题，设计了一种水液压溢流阀。　１溢流阀的设计　１．１水介质对溢流阀带来的技术难题　由于水介质不同于液压油的性质，水液压溢流阀一般被设计成串　联式二级节流阀口形式。但要求两级节流口同时密封，因此造成了过大　的加工难度。并且使用一段时间后阀口的磨损和侵蚀，使两级节流口更　加难以同时密封，影响了溢流阀的可靠胜和稳定性　。　直动式溢流阀相对于先导式溢流，具有结构简单、泄漏量小、密封　控制容易、工作稳定可靠等优点。但他的弹簧刚度太大，在高压、大流量　情况下，使调雁陛能变差，灵敏度降低，影响了其动态特性。　由于水的密度和弹性模量大于液压油，使水更容易通过压力冲击　形成水锤现象。而水的低粘度、低阻尼和汽蚀影响，使的水液压溢流阀　的震动、噪声和稳定眭的问题较油压阀更加突出。　１．２结构工作原理　为解决上述难题，设计了一种新型的水液压溢流阀目，如图ｌ所示。　

图１溢流阀结构　注：１、手轮，２、后弹簧，３、后阀芯，４、后端盖，５、前弹簧，６、前阀芯，７、　阻尼塞，８、阀座，９、后端盖，１０、阀体，ｌｌ、前弹簧阀座，１２、后弹簧阀座。　工作时，高压水从进水口Ｐ进入到阀体１０，再通过阻尼塞７进入后　阀芯３的前后两侧，并通过前阀芯６与后阀芯３之间的环形缝隙进入　第二级节流口上游，此时各处压力相同。随着压力的增加，由于后阀芯３　前侧面积稍微大于后侧面积，因此前后两侧所受的压力不同，在压力差　的作用下，克服后弹簧２预压缩力，使后阀芯开启。接着有液体流出出　口Ｔ，在阻尼塞７和环形缝隙两侧形成了压力降，于是前阀芯６在压力　差的作用下，克服前弹簧５预压缩力快速开启，形成了二级节流阀口溢　流结构，最终达到稳定状态。　１．３结构特点　阀座的台阶结构部分分别与阀芯的两个锥面接触，使得阀芯与阀　座形成二级节流阀口结构。阀芯分为前阀芯和后阀芯两部分，可以使两　阀芯同时压紧与阀座上面，避免了整体结构中加工精度导致的间隙存　在，以及后期使用时磨损和侵蚀造成的不能同时密封，因此可以减低其　气蚀和泄露的危害，提高了溢流阀的可靠胜。　流体通过小孔进人后阀芯后端，产生压力抵消一部分前端流体产　生的压力。通过前后两侧的面积差，使得弹簧刚度大大降低。弹簧刚度　降低，有利于提高阀芯运动的灵敏度，减小动态响应时间，且增大了阀　的调压范围。　后阀芯的两侧通过小孑Ｌ连通，在其后端形成了阻尼活塞的结构，使　阀芯在移动时受到液压油的阻尼作用，使之灵活而又平稳的移动，压力　的平稳性增加，且降低了振动和噪声的影响。　而本设汁由于后阀芯前后两侧作用液压力，以及弹簧刚度减小，因　此当在后阀芯后端接卸荷孔时，只需克服较小弹簧力，就能使阀芯有很　大开度，实现卸荷功能。　２结束语　文章根据已有溢流阀的优缺点，结合水介质对溢流阀的关键技术　难题，设计了一种新型的水液压溢流阀，为下一步的样机制造与实验提　供了可靠的依据。　参考文献　『ＩＩ李壮云．液压元件与系统『＾　．北京：机械工业出版社，２００５．　ｆ２１弓永军．纯水液压控制阀关键技术研究ｆＣ】．浙江大学，２００５．　［３Ｎｔ４￣，周华，等．先导式纯水溢流阀的研究叨．液压气动与密封，２００４（４）：　１４—１６．　ｆ４１张铁华，杨友胜，李壮云．二级节流式阀口的设计及实验研究．液压与气　动．２００１（１　１）：１２－１５．　阁宋鸿尧，丁忠尧，等．液压阀设计与计算ｔＭＩ．￣京：机械工业出版社，　２００９．　作者简介：夏立超（１９８８一），男，汉族，山东临沂人，毕业于中国海洋　大学工程学院，研究方向：液压元器件的设计研究。　切相关，不同地区差异较大。为保证检测准确和普遍性，需要对不同的　地土质校核标定　。　６结束语　在监测点按照ｌＯｏｍ、２０ｃｍ和４０ｃｍ不同的深度埋设三个传感器，　通过传感器测量出电压信号和该标定的关系换算出来含水量的数据，　真实反映出广州该站点土壤墒情信息和趋势。为墒情监测决策系统提　供了实时、准确、连续的数据来源，提高了墒情监测、决策的自动化和智　能化水平，有利于防灾减灾。　１　日算日；一　…，…ｕ　－　，　；”　；ｉ，ＬＬ　ｊ。。　Ｌ　２１Ｃ；３　。　，　ｊ　－～　』　Ｊ　Ｉ　小棱土壤含水率变化曲线　Ｉ　Ｊ含水率《＊）　叭。年∞月０２日至　叭。年∞月明日　Ｉ　．：　．　，　…一　Ｊ　一…二、＝ｗ　～　］　｛　｝≥二　二　二・≥　——＿　～』ｌ　｝　互＝歪　～～～…～　１　ｊ　Ｉ－．．．Ｌ＿　一：．．一　．．一　一．．　．一．一．一］　Ｉ　８　—————　——————｛——————｝—————１卜—————＿幸——————古————　ｉ———・——ｌ・－—　－＿　＿　！＿ｌ　・－—ｌｌ＿ｌｌ———嘲　ｌ　ｌ　！　竺：　竺：　竺竺　一一　ｊ　一５８一　图３含水量在线监测数据１　图４含水量在线监测数据２　参考文献　［１］张宪，姜晶．基于ＦＤＲ技术的土壤水分传感器设计ｆＪ］．自动化技术与应　用，２０１１，３ｏ（１１）．　ｆ２］基于频域反射的土壤水分探测传感器设计叨．传感技术，２０１　ｌ，２４（９）．　［３］ＳＬ　３６４－２００６土壤墒情监测规范『Ｓ］．北京：中国水利水电出版社，２００６．　［４］江朝晖，檀春节．基于频域反射法的便携式土壤水分检测仪研制叨．传　感器与微系统，２０１３，３２（１）．

机车紧急排风阀的研究及仿真

机车紧急排风阀的研究及仿真

第３３卷第６期　２０１３年１２月　铁道机车车辆　ＲＡＩＬＷＡＹ　ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ　８Ｌ　ＣＡＲ　Ｖｏ１．３３　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．　２０１３　

文章编号：１００８—７８４２（２０１３）０６—００６４—０５　

机车紧急排风阀的研究及仿真　

张军磊，王俊勇　

（西南交通大学　机械工程学院，四川成都６１００３１）　

摘　要机车制动系统中，紧急排风阀是机车紧急制动设备的重要组成部分。现介绍装备在ＨＸｏ１Ｃ电力机车法　维莱制动机上紧急排风阀的结构、工作原理、理论静态分析，并且利用ＡＭＥＳｉｍ软件对紧急排风阀进行建模和动　态仿真，从仿真结果中分析影响紧急排风阀排气速度的因素。　

关键词　紧急排风阀；电磁阀；原理；ＡＭＥＳｉｍ；仿真　

中图分类号：Ｕ２６０．３５　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８—７８４２．２０１３．０６．１６　

机车紧急制动用于异常情况下，确保施加最大制　

动力。紧急制动的特征是列车管压缩空气快速排空，列　

车管的减压斜率较大，它可以由制动控制器、紧急制动　

按钮、紧急制动阀、ＬＫＪ惩罚制动、紧急排风阀等装置触　

发。装备在ＨＸ。１Ｃ电力机车法维莱制动机上的紧急　

排风阀属于电控紧急排风阀，紧急制动时，机车安全装　

置或制动控制单元发出高电平信号给紧急排风阀，紧急　

排风阀内部的电磁阀动作，紧急排风阀排列车管的压力　

空气，产生紧急制动作用。　

１　紧急排风阀结构及工作原理　

１．１　紧急排风阀气路原理　

紧急排风阀由２个２位２通电磁阀ＶＥ　和ＶＥｚ、１　

个带微动开关的隔离塞门、１个压力开关和１个２位３　

通气动阀构成，如图１所示。压力开关是一种简单的压　

力控制装置，紧急制动时，列车管压力下降至２３０　ｋＰａ　

时，该压力开关动作，将列车管压力变化信号传递至机　

车制动控制单元。隔离塞门可以将发生故障的紧急排　

风阀隔离，此时紧急制动仍可以由制动控制器、紧急制　

动按钮、紧急制动阀等装置触发。塞门的微动开关将塞　

深海电磁单向阀的设计与仿真研究

深海电磁单向阀的设计与仿真研究

第５期（总期５４期）　

２０１２年９月　溢体秸动与控副　

Ｆｌｕｉｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｎｏ．５（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ。５４）　

Ｓｅｐｔ．，２０１２　

深海电磁单向阀的设计与仿真研究　

陈辉　米智楠　

（同济大学机械工程学院上海２０１　８０４）　

摘　要：为了满足深海气体原位检测器的安全可靠性要求，设计了采用锥面密封的深海电磁单向阀。在磁路分析法　的基础上建立了电磁阀的数学模型，由ＭＡＴＬＡＢ中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件直接进行仿真研究和分析。研究结果表明所设计　的深海电磁单向阀，响应速度快，完全满足设计要求，验证了设计的可靠性和可行性。　关键词：深海电磁单向阀；结构设计；磁路分析；数学模型；动态仿真　

中图分类号：ＴＨ１３６　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２．８９０４一（２０１２）０５．００１３．００５　

利用海水中某些标志性气体的异常信息，去寻找　海底正在成矿的活动区域，是当前国际上海底找矿的　

重要发展趋势之一ｎ　。此外，海水中的气体还是研究　海洋生物地球化学循环及全球气候环境演变过程的　

重要信息载体，是追索海洋物理、化学和生物过程变　化的有效示踪剂　。基于水下色谱技术的深海气体原　

位检测器能够实地在线测量和分析气体，相比于传统　的探测方式，不仅能大量获取探测对象的有关信息，　

而且获取的信息是来自深海真实的、连续的，甚至可　以是实时的数据。但是，原位检测器长期处于深海工　

作，海水的高压可能使检测器人口用来实现气液分离　的膜破裂，海水进入检测器内部使装置破坏。为了保　

证探测器的安全可靠，保证膜破裂后，海水不进入气　体分析系统，作为安全阀的深海电磁单向阀需要有可　靠的密封性能、足够的反应速度，成为原位检测器设　

计的关键和难点。　

由于海水的强腐蚀性、深海环境的高压和海水中　泥沙，目前国内还没有商业化的能直接用于深海的电　

磁阀产品。高压截止阀和球阀虽能满足密封性能要　求，但在深海环境下操作十分困难，需要一直流电机　带动驱动机构以实现开关　。所以开发一种能直接用　

水液压溢流阀设计及研究 2

水液压溢流阀设计及研究 2

水液压溢流阀设计及研究

结合水介质的特性，分析了水压溢流阀和其二级节流阀口结构存在的关键技术难题，在此基础上设计了一种新型的水液压溢流阀。针对关键技术难题，在结构上主要采取了如下措施：阀芯分为两部分，分别以弹簧力压紧与阀座上面，确保了二级节流口的密封性；流体同时作用于阀芯后端，抵消了部分液压力，从而减小了弹簧预压缩力，提高了动态性能和调压范围。

标签：水液压；溢流阀；二级节流

前言

水液压溢流阀作为水液压系统中的关键部件，其研究具有重要意义。目前国内外主要是对先导式水压溢流阀进行研究[1-2]，主要是当溢流阀在高压大流量情况下工作时，采用直动式溢流阀结构，会使调压弹簧力很大，使调压性能和动态性能变差。另外水压溢流阀的二级节流阀口结构存在同时密封的问题。为克服以上直动式溢流阀的缺点以及水介质带来的一系列技术难题，设计了一种水液压溢流阀。

1 溢流阀的设计

1.1 水介质对溢流阀带来的技术难题

由于水介质不同于液压油的性质，水液压溢流阀一般被设计成串联式二级节流阀口形式。但要求两级节流口同时密封，因此造成了过大的加工难度。并且使用一段时间后阀口的磨损和侵蚀，使两级节流口更加难以同时密封，影响了溢流阀的可靠性和稳定性[3-4]。

直动式溢流阀相对于先导式溢流，具有结构简单、泄漏量小、密封控制容易、工作稳定可靠等优点。但他的弹簧刚度太大，在高压、大流量情况下，使调压性能变差，灵敏度降低，影响了其动态特性。

由于水的密度和弹性模量大于液压油，使水更容易通过压力冲击形成水锤现象。而水的低粘度、低阻尼和汽蚀影响，使的水液压溢流阀的震动、噪声和稳定性的问题较油压阀更加突出。

1.2 结构工作原理

为解决上述难题，设计了一种新型的水液压溢流阀[5]，如图1所示。

图1 溢流阀结构

注：1、手轮，2、后弹簧，3、后阀芯，4、后端盖， 5、前弹簧， 6、前阀

芯，7、阻尼塞，8、阀座，9、后端盖，10、阀体，11、前弹簧阀座，12、后弹簧阀座。