透水式快速排气装置的设计

摘 要：设计了一种排气装置，即可满足水下设备双向密封的特点，又可满足水面状态排气迅速，现场清洁的要求。

关键词：液压系统   排气装置   阀

中图分类号：TH138.5          文献标识码：A              文章编号：1006-7973（2006）12-0145-02

一、引言

液压缸是液压系统中的重要执行元件，是一种将液体的压力能转化为机械能以实现往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在各行各业得到广泛的应用。

正常情况下液压系统中的油液是混有一定气体的，常用的液压油中空气的溶解量一般为9%左右；液压系统在安装过程中或长时间不工作后也会渗入空气，这些空气若不及时排出，会影响液缸的正常工作——低速时引起爬行、启动时造成冲击，换向时降低精度；由于气体具有很大的可压缩性，也易产生噪声和发热等一系列不良现象。为了避免这种现象的发生，除防止空气进入液压系统外，还必须在液压缸上安设排气装置，及时排除积存在缸内的空气。液缸的排气装置通常有两种形式：一种是开排气孔，用长管道接向远处排气阀排气，另一种是在液缸工作状态下的最高部位安放排气塞。目前，液压缸排气装置均有相应的行业标准可参照。

常规的液压缸排气时，打开排气装置，缸内集聚的气体、油气混合体呈喷射状排出，有油液溢出时可关闭。这种气体、油气混合体直接排放在工作场地的排气方式将污染工作环境，不适用与清洁度要求较高的环境。在某透水式液压缸的设计中涉及一种排气装置的设计，该装置不仅要满足水下设备的工作特点，而且要求在水面排气时必须保证排气快速，现场清洁，排出物导入专用容器中。

二、透水式快速排气装置的工作原理

这种透水式快速排气装置的设计涉及水下工作与水面排气两种工况。

图1是这种透水式快速排气装置在水下工作状态下的结构设计，阀座、锁紧螺钉、弹簧、阀芯（球阀）组成直通式单向截止阀，螺接在液压缸机架上，阀座上设计有一道OE型密封圈和一道O型密封圈，其中OE型密封圈可实现双向密封，即可以防止具有较高工作压力的压力油外泄，也可以有效防止海水的入侵（第一道O型密封圈一但失效）。在缸内压力油和弹簧弹性力的作用下，阀芯被压紧在阀座的密封面上，缸内压力油被截止。螺塞螺接在阀座上，其上设计有两道O型密封圈，用来防止随设备下潜到一定深度时压力海水克服弹簧力将阀芯顶开，沿着锁紧螺钉上排气孔进入设备。

图1  透水式快速排气装置水下工作状态结构

设备浮出水面需要排气时，可旋下螺塞，接入如图2所示的排气接头，这种排气接头具有0形圈平面螺纹接头特征，可分别螺接胶管扣压接头和硬管接头。排气接头上设计有一圆柱形顶杆，当接头螺接到位后，顶杆顶开机架上单向截止阀的阀芯，集聚的气体顺着排气接头端面上均布的小孔进入阀腔，顶开单向排气阀阀芯（球阀）进入专用排气管道。

图2  透水式快速排气装置水面排气工作状态

三、试验

1．耐压试验

① 内压密封

把图1所示排气装置装入设备机架，清洁内外表面。排气装置随液压缸一起按有关规程进行内压紧密性试验，系统油压升至1.5倍工作压力，保压3小时，外表面无泄漏，打开螺塞，内表面无泄漏。

② 外压密封

把图1所示排气装置装入设备机架，放入专用压力釜，加压过程如图3所示，模拟排气装置随设备下在水下极限深度时工况，外压试验表明外压密封可靠。

2．满载连续运行试验

液缸满载全行程连续工作时间达到有关规程要求，排气装置外表面无泄漏，打开螺塞，内表面无泄漏。

3．排气试验

旋下螺塞，将排气接头接入本排气装置的接口中，排气迅速，现场干净。

图3  外压试验加压过程

结论：透水式快速排气装置满足液缸的使用要求。

四、小节

① 该排气装置的阀芯采用了钢球式，结构简单，尺寸较小，操作方便，工作可靠。

② 一般阀件材料要求具有良好的耐磨性、线膨胀系数小和弹性模量高的特点，本排气装置需随设备下潜到海水环境中，温度范围较大，工作条件苛刻，因此制作本装置的材料还必须满足耐海水腐蚀性能；液缸工作时阀件承受冲击性载荷，必须防止阀芯与阀座密封面的咬和，因此阀件材料的匹配性尤其重要。奥氏体不锈钢是海水环境中应用较多的耐腐材料，这类钢的塑性、韧性很好，但相同材料的螺纹面螺接后易咬合，材料拉伤后易起瘤，可作为阀座材料，但螺接面尺寸不宜过大。铝青铜（QAl9-4）具有较好的耐腐蚀性，常用来制造强度及耐磨性要求较高的摩擦零件，在海水环境中应用较多，是制造阀座较为理想的材料。制作阀芯的材料除要求能够达到较高的硬度外，还应有良好的自身小环境的适应性。

③ 选择阀件材料需考虑与设备材料的匹配性：海水是一种较好的电解质，两种不同的金属浸泡在海水中易发生电偶腐蚀，腐蚀的程度部分地取决于两种金属在海水中电位序的相对位置，即电位差愈大，则电偶中的阳极金属腐蚀得越快。在本设计中阀座、螺塞直接浸泡在海水中，选择与机架材料相同的奥氏体不锈钢，阀芯与海水隔绝，加之液压油的养护，材料选择马氏体不锈钢，热处理后可达表面硬度的要求。因此本装置材料的选择较为可靠。

④ 本排气装置中弹簧的设计：本装置排气时依靠排气接头上的顶杆克服弹簧的弹性力及液缸内压作用在阀芯上的压力顶开阀芯，排气结束后旋出快速排气接头后，在弹簧恢复力及缸内液体压力的作用下阀芯能迅速复位；因此，弹簧设计时可选较硬的弹簧，确保阀芯复位的可靠性。排气接头中的弹簧可参照一般单向阀中弹簧的设计，开启压力设计为0.03～0.05MPa，使气（液）流较易顶开阀芯，实现快速排气。

⑤ 本排气装置可推广应用到需双向密封或单向密封，尤其适用于需排气迅速，对环境清洁度要求较高的场合。

参考文献

[1] 章宏甲，等机床液压传动.[M].北京.机械工业出版社.1987.

[2] 许灏.机械设计手册（第5卷）.[M].北京.机械工业出版社.1991.

[3] 贾铭新，液压传动与控制.[M].北京.国防工业出版社.2001.

[4] 李壮云.液压元件与系统.[M].北京.机械工业出版社.2005.

The Design of a kind of Fast Releaser Soaked in Water

Liu  Juan   Gong  Jinghan

Abstract：The paper design a kind of releaser. It is not only satisfied with the characteristic of bidirectional seal demanded by underwater equipment，but also it can exhaust fast and keep a clean field when rose to the surface and demanded to exhaust.

Keywords：hydraulic system   releaser   valve