彈簧式減壓閥計算分析

安裝在浮囊上的減壓閥即要有好的密封性能還要有靈敏的排氣功能，這樣減壓閥中彈簧力的選擇一定要合理，參照某產品減壓閥的結構形式及使用情況，結合本產品的實際及上浮過程中的排氣通徑，估算出保證減壓閥密封性能的彈簧預緊壓力。根據減壓閥的指標要求，在進行彈簧設計時，要求彈簧預緊力可調。

一、彈簧式減壓閥減壓排氣計算

試驗彈在上浮的過程中，回收浮囊的背壓不斷減小，需要開啟減壓閥泄掉多余的氣體，以平衡內外壓差，保持浮囊穩定工作，減壓閥打開時的氣體流量q：

式中，S：有效截面積；P₁：上游絕對壓力；△P：壓差；T：上游熱力學溫度。

減壓閥開口截面積：S₀=md²/4，有效截面積S=aS₀，查表可知：a=0.676，則當上浮到水面位置，浮囊內的絕對壓力值P₁最小，此時流量q最小。

假設回收浮囊內氣體的初始狀態為：P₁.T₁.V₁；上浮后減壓閥會排出部分氣體，此時浮囊內氣體的狀態為：P₂.T₂.V₂；排出的氣體狀態為：P₂.T₂.△V，則有：

顯然V₁=V₂，在上浮過程中由于水介質的作用，回收浮囊內的氣體會降溫，T₂會減小，在此為簡化計算，假設溫度不下降，T₁=T₂，此時排出的氣體△V最大，所以：

試驗彈勻速上浮時，速度達到最大值，環境壓力也變化最快，此時的△P最大，當上浮到水面時環境背壓最小，即P₂最小，則此時需要排出的氣體△V最大。

有以上分析可知：在設計必須保證減壓閥的流量大于回收浮囊需要排出的氣體量，即：q≥△V時，才能可靠保證浮囊安全工作。

二、彈簧式減壓閥彈簧計算

彈簧作為減壓閥的壓力調節重要零件，用來平衡減壓閥內外壓差并使其密封。在該減壓閥彈簧力計算中，進行以下簡化：

1、閥芯與閥體的接觸面之間涂敷潤滑脂，不考慮其摩擦力影響；

2、閥芯質量較小，不考慮閥芯的重量影響。

根據上述簡化計算條件并結合減壓閥的各項指標要求并根據其排氣通徑尺寸，進行彈簧的設計計算，詳細設計可參考《機械設計手冊（四）》，并結合《普通圓柱螺旋壓縮彈簧尺寸及參數》（GB/T 2089-2009）對設計進行調整，使之符合相關規范。