纯水压控制阀的关键性技术研究

雷黎明

(长江大学 434020)

纯水压控制阀的关键性技术研究

雷黎明

(长江大学 434020)

随着科学技术的不断发展与进步，水压传动技术得到了广阔的发展空间。纯水压控制阀作为控制系统与水压动力传动的重要部件，其性能的优劣对水压系统作用的充分发挥具有直接影响。但是目前纯水压控制阀还存在一些关键性技术问题，如气蚀、泄漏和磨损等方面，不利于纯水压系统的正常运转，因此需要积极研制新型的结构与工艺，对材料进行合理选择，从而保证纯水压控制阀的正常工作。本文就对纯水压控制阀的关键性技术进行深入分析和探讨。

纯水压控制阀；关键性技术；研究

水压传动技术作为一种绿色技术，其具有环境友好、低碳节能、价廉和来源广等优势，被广泛应用在医疗卫生、工程机械、矿山、食品加工和钢铁等领域。纯水压控制阀作为水压传动的重要零件，在实际应用过程中需要对其理化性质加以考虑，并对其气蚀特性和磨损摩擦机理进行重点关注，有效运用高分子复合材料与工程陶瓷等，保证其工作的效用。

一、我国纯水压控制阀的发展情况

由于我国在纯水压控制系统与动力传动技术等方面的研制较晚，缺乏相应的科研力量和设施，导致纯水压控制阀的关键性技术仍然处于初步研究阶段。自1990年以来，国家投入大量资金来资助华中科技大学研究海淡水压传动技术，并取得一定成效[1]。我国在纯水压系统与元件等方面取得成果如下：在1997年自主加工设计出完整的纯水压实验台，并研发出纯水压节流阀和溢流阀，两者流量分别为10L/Mmin与100L/Mmin，压力为14MPa和7MPa；2000年研制出先导式溢流阀，其流量达40L/Mmin，额定压力达14MPa；2002年研制出纯水介质水压加载设备。此外，华中科技大学在研制与设计纯水压溢流阀的过程中，主要采用“油气弹簧”的方法，有效促进了水压阀的动态性能与稳定性能；浙江大学研制出不同规格的压力控制阀、纯水压流量和方向等系列。

二、纯水压控制阀的关键性技术

对于纯水压控制阀的关键性技术而言，其主要可以从以下三个方面加以分析：一是气蚀侵蚀方面；二是润滑与密封方面；三是材料抗磨损性与防腐蚀方面。

（一）气蚀侵蚀

气蚀侵蚀是纯水压控制阀的关键技术性难题，一旦出现气蚀现象，破碎气泡中心会产生高达2×108Pa的压力，严重降低水压系统的性能，导致管道通流能力减小，破坏流体的连续性，缩短水压阀的使用期限[2]。要想对气蚀的产生进行有效抑制，可选择具有较强抗气蚀性能的材料，对气蚀产生的主要参数加以优化，并积极引入干扰流体束，从而破坏气蚀主流束，有效避免临界压力差。

目前我国多采用新型高分子材料与新型结构来解决气蚀问题。首先在新型工程材料方面。新型高分子材料主要分为工程塑料、抗腐蚀合金与工程陶瓷等，其应用能够有效解决纯水压控制阀的腐蚀、气蚀与磨损等问题。如工程塑料具有较强的吸振性能、自润滑性能、耐腐蚀性和吸水能力，但是其热稳定性差；工程陶瓷具有耐磨损、耐腐蚀与耐高温等优势，但是其具有较差的耐冲击性与较大的脆性，因此在实际运用中应对其优缺点进行综合考虑，并有效增加工程陶瓷的韧性，使其能够满足工程的相关要求。

其次在新型结构形式应用方面。在对阀口新型结构形式进行设计时，主要遵循分离、高压与多级等原则，将阀芯加工成不同形状的结构，使阀芯受侵蚀部分与气蚀发生部分相互分散，并运用引流方式来促进阀出口处压力的提高，避免临界压差；同时多梯级节流口设计在节流部门，对其两端压力加以分担，促使阀口免受气蚀破坏。

（二）润滑与密封

首先在润滑与摩擦方面。纯水介质水具有较低的黏度，会减小液膜的厚度，当泄漏、压降和温差等条件处于理想状况时，液压油的润滑膜厚度（0.5～2.5μm）是纯水的100倍，这样会加大纯水压控制阀的磨损。因此必须要科学选择新型材料，确保材料具有良好的自润滑性能和耐磨性能，不断提升零件加工质量，加强控制纯水介质污染的力度，从而减少磨损。

其次在密封与泄漏方面。由于水具有较低的黏度，极易出现泄漏损失，如果压降和通流截面相同，油压控制阀与纯水控制阀在规格相同的情况下具有数十倍泄漏量的差距[3]。一般泄漏对水压元件的使用期限，工作效率以及性能等产生较大影响，如加大阀的加工制造难度；在流速高且压差大的情况下，缝隙泄漏会导致拉丝侵蚀现象发生；当系统容积效率降低时，会导致系统总效率降低。目前，在设计纯水压控制阀的过程中，多选用衬套结构的球阀、锥阀，尽量保证零泄漏。

（三）材料抗磨损性与防腐蚀

纯水中含有一些氧化性杂质，如溶氧量、胶状物、溶解盐和悬浮颗粒等，导致纯水具有较高的电导率，易于金属零件发生电化学、化学和物理等反应，对油压控制阀加以锈蚀与腐蚀，影响零件结构强度与质量。因此在选择材料的过程中，应保证水压元件的抗蚀性能和相容性能良好，从而研制高性能的水压阀[4]。一般水压元件应具备以下条件：良好的加工工艺性、抗腐蚀性能、抗冲蚀磨损性能、自润滑性能、机械性能、抗震动与水击性能，具有较低的吸水率、较小的膨胀系数以及较高的热稳定性，符合环境友好与经济适用原则。总体来说，在选择纯水压控制阀及其相关零件时，可选用增强塑料、工程陶瓷、耐蚀合金与不锈钢等，有效避免水介质的腐蚀。

结束语：

纯水压控制阀作为水压控制系统与传动系统中的重要组成部分，其性能的优劣将会对水压系统的正常运转及其整体性能产生较大的影响。目前在应用纯水压控制阀的过程中，其还存在一些技术性问题，如气蚀侵蚀、摩擦磨损和泄漏等问题，影响应用效果。因此在设计纯水压控制阀时，应有效融入节能减排、低碳环保等新理念，并积极引进先进的研发经验和方法，对优势力量加以集中，设计出绿色高效的产品，促进社会的进步与发展。

[1]颜凌云,武鹏飞,包宗贤,赵恩刚. 浅谈研发数字式纯水液压溢流阀面临的技术问题及对策[J]. 液压气动与密封,2011,12:68-70.

[2]田勇,辛培防. 纯水压控制阀的发展与关键技术研究综述[J]. 液压气动与密封,2014,11:1-5.

[3]林奎. 简述水液压技术近年来研究现状[J]. 科技展望,2015,01:96+98.

[4]刘磊,赵继云,张德生,丁海港. 纯水低压大流量先导式电磁控制阀组试验研究[J]. 液压与气动,2013,03:55-58.

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1007-6344（2016）02-0029-01