SMC电磁阀的选型与设计

　　SMC电磁阀的选型与设计
SMC电磁阀的关闭与排放阀门密封要求*, 须快开快闭, 并具有故障保护功能、自动控制功能和较*的可靠性。因此气动控制截止阀(电厂俗称疏水阀, 疏水门) 成为这类系统的产品。气动控制截止阀密封比压持久稳定, 调试简单, 维护要求低, 故障低, 可靠性*, 失气失电自动保护,快速启闭, 价格相对低廉, 节能环保, 因而适用于火电厂疏放水工况。
SMC电磁阀一般为全开全闭式。从流量特性考虑, 截止阀和球阀具有启闭行程短, 速度快,密封可靠, 启闭静态力矩小等特点, 因而两类产品都得到应用。但从可靠性考虑, 主流产品仍然是气动截止阀。
SMC电磁阀的气缸为定型产品, 依作用方式可分单作用和双作用两种。单作用产品带复位圆柱弹簧, 具有失气自动复位功能, 即失气时气缸活塞(或膜片) 在弹簧作用下, 驱动气缸推杆回复到气缸初始位置(行程的原始位置) 。双作用气缸无复位弹簧, 推杆进退须依靠变换气缸气源的进出口位置。气源从活塞上腔进时, 推杆向下运动。气源从活塞下腔进时, 推杆向上运动。由于不带复位弹簧, 双作用气缸对比同径单作用气缸具有更大的推力, 但不具备自动复位功能。显然不同的进气位置使推杆有不同的方向运动。当进气位置在推杆的背腔时, 进气使推杆前进, 这种方式称为正作用气缸。反之进气位置在推杆同侧时, 进气使推杆后退, 这种方式称反作用气缸。气动截止阀因为一般需要失气保护功能, 通常选用单作用气缸(图1) 。
SMC电磁阀(a) 正作用式　(b) 反作用式
SMC电磁阀从分析可知, 当阀门保护方式为失气打开时,必须选择单作用的正作用气缸。当阀门的保护方式为失气关闭时, 必须选择单作用的反作用气缸。单作用的正作用气缸在阀门关闭时必须维持持久的稳定气源压力, 对气源的稳定性和持久性要求较*常闭阀尽可能地避免选择这种设计, 此结构适用于常开阀。单作用的反作用气缸适用于常闭阀, 但对于弹簧的要求较*, 应具有稳定持久的弹力。
SMC电磁阀除了作用方式的选择, 计算所选气缸推力是计的重要工作, 以常见的常闭式气动截止阀(图2) 为例分析。因压力较*, 为尽可能选择较小的气缸, 采用了上进流(倒流) 的阀门设计方式。为提*密封比压, 采用了锥形密封面。
在航天试验系统中得到了广泛应用。航天氢氧火箭发动机试验系统(以下简称试验系统)有些部分处于低温或*压工作环境中,操作介质主要有液氧、液氮和液氢等低温介质及其他一些易燃有毒介质。所以试验系统中阀门的阀座一般采用不锈钢或铝合金等耐低温材料,而阀瓣一般采用F4、F46、聚酰亚胺或铜合金等材料。由于非金属密封材料在*压下工作时泄漏严重,所以试验系统中广泛应用了金属密封结构。本文以阀瓣为铜合金球形结构,阀座为不锈钢锥形结构的气动截止阀为例,介绍截止阀气缸力计算方法。
2、密封机理
在SMC电磁阀中为**流体的密封性,必须在密封表面间有一个相互作用的力(图1) ,即在密封表面上产生一定的比压,引起密封面微观不平度的变形,如果变形是在材料的弹性极限范围内,并造成不大的残余变形,那么接触面上的比压大于必须比压时,即可以**其密封性。而在球面密封中,球面与锥面在气缸力作用下,根据接触表面的粘着理论,在简单载荷作用下真实接触点上的接触应力足以产生塑性变形,形成小的平面接触直到接触面承受全部载荷为止。由于铜合金球面的屈服强度比不锈钢阀座的屈服强度低,易于发生塑性变形。所以球面密封的形成过程就是球面和锥面之间相互接触发生弹塑性变形的过程,变形材料的塑性流动使接触面上的微观空隙逐渐填满,达到密封效果。