水壓控制閥的關鍵技術難題

  隨著一些生產(chǎn)領域對安全生產(chǎn)、環(huán)境保護、無污染等要求越來越高，以天然淡水或海水(不含任何客加劑)為工作介質的水液壓傳動技術重新引起人們的關注，并成為本學科領域十分重要的發(fā)展方向。水壓控制閥是構成水液壓系統(tǒng)不可缺少的控制元件。與礦物油相比，水具有粘度低、汽化壓力高、腐蝕性強等特點、水壓控制閥的研究將面臨下列關鍵技術難題∶

  1. 腐蝕問題

  由于水(特別是海水)有較強的腐蝕性，同時海水又是一種強電解質，因此材料本身不僅要有較強的耐腐蝕性能，而且不同材料組合使用時要有較好的防電偶腐蝕能力。當腐蝕與磨損同時存在時，它們相互促進，使零件加速失效。

  2. 氣蝕問題

  氣蝕分為氣體氣蝕和汽化氣蝕兩種。由于液壓油的汽化壓力很低，同時空氣在液壓油中的溶解度較高，所以油壓閥的氣蝕主要表現(xiàn)為氣體氣蝕。相同條件下空氣在水中的溶解度約為在液壓油中的20%，而水的汽化壓力(50℃時為0.012MPa)比液壓油(50℃時為1.0×10～3MPa)高10°倍，因此，水壓控制閥中起主導作用的是汽化氣蝕。水壓閥與油壓閥氣蝕本質的不同決定了其危害性比油壓閥的氣蝕嚴重。當閥出口處的壓力降至水的汽化壓力時，就會發(fā)生汽化氣蝕。為避免氣蝕的破壞，必須從液壓閥的材料和結構兩方面同時考慮，即除了采用耐氣蝕性能好的材料及其表面處理工藝外，還要研究新型的結構，避免氣蝕的發(fā)生及減小其危害。

  3.拉絲侵蝕與泄漏問題

  由于水的粘度低(僅為液壓油的1/50~1/40)，因而在同樣的壓力差作用下，水的流速遠高于液壓油，高速流體將對配合面產(chǎn)生很強的沖刷作用，久而久之會在零件表面形成一條條絲狀凹槽，破壞工作表面。當高速流體中攜帶污染顆粒時，其破壞作用大大加劇。材料的硬度對拉絲侵蝕有很大影響，一般來說，材料的硬度越高，抗拉絲侵蝕的能力越強。

  水的粘度遠低于液壓油，也意味著水介質在縫隙中更容易發(fā)生泄漏。較大的泄漏量不僅降低系統(tǒng)的容積效率，所消耗的功率損失會使介質溫度升高以及對密封面產(chǎn)生流體侵蝕，還會引起水壓閥控制性能的降低。因此，密封結構的設計和間隙的合理控制也是水壓閥設計時需要考慮的問題。

  4.壓力沖擊、振動和噪聲

  水的密度比油大10%，彈性模量比油大50%，使得水的壓力沖擊比礦物油大，易產(chǎn)生水錘現(xiàn)象。加上水的粘度低，粘性阻尼小以及氣蝕的作用，使得水壓控制閥(尤其是高壓、大流量水壓閥)中振動、噪聲問題十分突出，必須在結構上進行合理設計，使流體在流場中形成合適的壓力和流速變化規(guī)律，以減小壓力沖擊，并增加閥芯的運動阻尼，使水壓閥有良好的工作穩(wěn)定性。

  5. 設計理論和設計方法

  由于水介質的理化特性與礦物油有很大差別，因而水壓控制閥節(jié)流口處的流量系數(shù)、流量-壓力特性、氣蝕特性等與油壓閥完全不同。因此，必須在大量的理論分析和試驗研究的基礎上，建立適合水介質特點的設計理論和方法，以指導水壓控制閥的設計。

  6. 水介質的污染控制問題

  這里的污染控制包含兩層含義，一是對水介質中細菌和微生物含量的控制，二是對固體污染物的控制，水介質中細菌和微生物含量過高，則可能會因為外泄漏而污染環(huán)境或產(chǎn)品(如食品、藥品等)另外，細菌和微生物附著在元件表面形成一層生物膜，會加劇腐蝕。固體污染物的侵入會使水壓閥內(nèi)的阻尼孔、閥口等發(fā)生堵塞，閥芯運動受阻，同時會加劇配合面、密封面的磨損。固體污染物主要來源于外部環(huán)境的侵人以及水壓系統(tǒng)中元件、管路等發(fā)生磨損、銹蝕的產(chǎn)物。污染物的含量過高會影響水壓元件和系統(tǒng)的壽命及工作可靠性。