純水壓控制閥的關鍵性技術研究

雷黎明

(長江大學 434020)

純水壓控制閥的關鍵性技術研究

雷黎明

(長江大學 434020)

隨著科學技術的不斷發展與進步，水壓傳動技術得到了廣闊的發展空間。純水壓控制閥作為控制系統與水壓動力傳動的重要部件，其性能的優劣對水壓系統作用的充分發揮具有直接影響。但是目前純水壓控制閥還存在一些關鍵性技術問題，如氣蝕、泄漏和磨損等方面，不利于純水壓系統的正常運轉，因此需要積極研制新型的結構與工藝，對材料進行合理選擇，從而保證純水壓控制閥的正常工作。本文就對純水壓控制閥的關鍵性技術進行深入分析和探討。

純水壓控制閥；關鍵性技術；研究

水壓傳動技術作為一種綠色技術，其具有環境友好、低碳節能、價廉和來源廣等優勢，被廣泛應用在醫療衛生、工程機械、礦山、食品加工和鋼鐵等領域。純水壓控制閥作為水壓傳動的重要零件，在實際應用過程中需要對其理化性質加以考慮，并對其氣蝕特性和磨損摩擦機理進行重點關注，有效運用高分子復合材料與工程陶瓷等，保證其工作的效用。

一、我國純水壓控制閥的發展情況

由于我國在純水壓控制系統與動力傳動技術等方面的研制較晚，缺乏相應的科研力量和設施，導致純水壓控制閥的關鍵性技術仍然處于初步研究階段。自1990年以來，國家投入大量資金來資助華中科技大學研究海淡水壓傳動技術，并取得一定成效[1]。我國在純水壓系統與元件等方面取得成果如下：在1997年自主加工設計出完整的純水壓實驗臺，并研發出純水壓節流閥和溢流閥，兩者流量分別為10L/Mmin與100L/Mmin，壓力為14MPa和7MPa；2000年研制出先導式溢流閥，其流量達40L/Mmin，額定壓力達14MPa；2002年研制出純水介質水壓加載設備。此外，華中科技大學在研制與設計純水壓溢流閥的過程中，主要采用“油氣彈簧”的方法，有效促進了水壓閥的動態性能與穩定性能；浙江大學研制出不同規格的壓力控制閥、純水壓流量和方向等系列。

二、純水壓控制閥的關鍵性技術

對于純水壓控制閥的關鍵性技術而言，其主要可以從以下三個方面加以分析：一是氣蝕侵蝕方面；二是潤滑與密封方面；三是材料抗磨損性與防腐蝕方面。

（一）氣蝕侵蝕

氣蝕侵蝕是純水壓控制閥的關鍵技術性難題，一旦出現氣蝕現象，破碎氣泡中心會產生高達2×108Pa的壓力，嚴重降低水壓系統的性能，導致管道通流能力減小，破壞流體的連續性，縮短水壓閥的使用期限[2]。要想對氣蝕的產生進行有效抑制，可選擇具有較強抗氣蝕性能的材料，對氣蝕產生的主要參數加以優化，并積極引入干擾流體束，從而破壞氣蝕主流束，有效避免臨界壓力差。

目前我國多采用新型高分子材料與新型結構來解決氣蝕問題。首先在新型工程材料方面。新型高分子材料主要分為工程塑料、抗腐蝕合金與工程陶瓷等，其應用能夠有效解決純水壓控制閥的腐蝕、氣蝕與磨損等問題。如工程塑料具有較強的吸振性能、自潤滑性能、耐腐蝕性和吸水能力，但是其熱穩定性差；工程陶瓷具有耐磨損、耐腐蝕與耐高溫等優勢，但是其具有較差的耐沖擊性與較大的脆性，因此在實際運用中應對其優缺點進行綜合考慮，并有效增加工程陶瓷的韌性，使其能夠滿足工程的相關要求。

其次在新型結構形式應用方面。在對閥口新型結構形式進行設計時，主要遵循分離、高壓與多級等原則，將閥芯加工成不同形狀的結構，使閥芯受侵蝕部分與氣蝕發生部分相互分散，并運用引流方式來促進閥出口處壓力的提高，避免臨界壓差；同時多梯級節流口設計在節流部門，對其兩端壓力加以分擔，促使閥口免受氣蝕破壞。

（二）潤滑與密封

首先在潤滑與摩擦方面。純水介質水具有較低的黏度，會減小液膜的厚度，當泄漏、壓降和溫差等條件處于理想狀況時，液壓油的潤滑膜厚度（0.5～2.5μm）是純水的100倍，這樣會加大純水壓控制閥的磨損。因此必須要科學選擇新型材料，確保材料具有良好的自潤滑性能和耐磨性能，不斷提升零件加工質量，加強控制純水介質污染的力度，從而減少磨損。

其次在密封與泄漏方面。由于水具有較低的黏度，極易出現泄漏損失，如果壓降和通流截面相同，油壓控制閥與純水控制閥在規格相同的情況下具有數十倍泄漏量的差距[3]。一般泄漏對水壓元件的使用期限，工作效率以及性能等產生較大影響，如加大閥的加工制造難度；在流速高且壓差大的情況下，縫隙泄漏會導致拉絲侵蝕現象發生；當系統容積效率降低時，會導致系統總效率降低。目前，在設計純水壓控制閥的過程中，多選用襯套結構的球閥、錐閥，盡量保證零泄漏。

（三）材料抗磨損性與防腐蝕

純水中含有一些氧化性雜質，如溶氧量、膠狀物、溶解鹽和懸浮顆粒等，導致純水具有較高的電導率，易于金屬零件發生電化學、化學和物理等反應，對油壓控制閥加以銹蝕與腐蝕，影響零件結構強度與質量。因此在選擇材料的過程中，應保證水壓元件的抗蝕性能和相容性能良好，從而研制高性能的水壓閥[4]。一般水壓元件應具備以下條件：良好的加工工藝性、抗腐蝕性能、抗沖蝕磨損性能、自潤滑性能、機械性能、抗震動與水擊性能，具有較低的吸水率、較小的膨脹系數以及較高的熱穩定性，符合環境友好與經濟適用原則。總體來說，在選擇純水壓控制閥及其相關零件時，可選用增強塑料、工程陶瓷、耐蝕合金與不銹鋼等，有效避免水介質的腐蝕。

結束語：

純水壓控制閥作為水壓控制系統與傳動系統中的重要組成部分，其性能的優劣將會對水壓系統的正常運轉及其整體性能產生較大的影響。目前在應用純水壓控制閥的過程中，其還存在一些技術性問題，如氣蝕侵蝕、摩擦磨損和泄漏等問題，影響應用效果。因此在設計純水壓控制閥時，應有效融入節能減排、低碳環保等新理念，并積極引進先進的研發經驗和方法，對優勢力量加以集中，設計出綠色高效的產品，促進社會的進步與發展。

[1]顏凌云,武鵬飛,包宗賢,趙恩剛. 淺談研發數字式純水液壓溢流閥面臨的技術問題及對策[J]. 液壓氣動與密封,2011,12:68-70.

[2]田勇,辛培防. 純水壓控制閥的發展與關鍵技術研究綜述[J]. 液壓氣動與密封,2014,11:1-5.

[3]林奎. 簡述水液壓技術近年來研究現狀[J]. 科技展望,2015,01:96+98.

[4]劉磊,趙繼云,張德生,丁海港. 純水低壓大流量先導式電磁控制閥組試驗研究[J]. 液壓與氣動,2013,03:55-58.

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1007-6344（2016）02-0029-01