弹簧式减压阀计算分析

安装在浮囊上的减压阀即要有好的密封性能还要有灵敏的排气功能，这样减压阀中弹簧力的选择一定要合理，参照某产品减压阀的结构形式及使用情况，结合本产品的实际及上浮过程中的排气通径，估算出保证减压阀密封性能的弹簧预紧压力。根据减压阀的指标要求，在进行弹簧设计时，要求弹簧预紧力可调。

一、弹簧式减压阀减压排气计算

试验弹在上浮的过程中，回收浮囊的背压不断减小，需要开启减压阀泄掉多余的气体，以平衡内外压差，保持浮囊稳定工作，减压阀打开时的气体流量q：

式中，S：有效截面积；P₁：上游绝对压力；△P：压差；T：上游热力学温度。

减压阀开口截面积：S₀=md²/4，有效截面积S=aS₀，查表可知：a=0.676，则当上浮到水面位置，浮囊内的绝对压力值P₁最小，此时流量q最小。

假设回收浮囊内气体的初始状态为：P₁.T₁.V₁；上浮后减压阀会排出部分气体，此时浮囊内气体的状态为：P₂.T₂.V₂；排出的气体状态为：P₂.T₂.△V，则有：

显然V₁=V₂，在上浮过程中由于水介质的作用，回收浮囊内的气体会降温，T₂会减小，在此为简化计算，假设温度不下降，T₁=T₂，此时排出的气体△V最大，所以：

试验弹匀速上浮时，速度达到最大值，环境压力也变化最快，此时的△P最大，当上浮到水面时环境背压最小，即P₂最小，则此时需要排出的气体△V最大。

有以上分析可知：在设计必须保证减压阀的流量大于回收浮囊需要排出的气体量，即：q≥△V时，才能可靠保证浮囊安全工作。

二、弹簧式减压阀弹簧计算

弹簧作为减压阀的压力调节重要零件，用来平衡减压阀内外压差并使其密封。在该减压阀弹簧力计算中，进行以下简化：

1、阀芯与阀体的接触面之间涂敷润滑脂，不考虑其摩擦力影响；

2、阀芯质量较小，不考虑阀芯的重量影响。

根据上述简化计算条件并结合减压阀的各项指标要求并根据其排气通径尺寸，进行弹簧的设计计算，详细设计可参考《机械设计手册（四）》，并结合《普通圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数》（GB/T 2089-2009）对设计进行调整，使之符合相关规范。