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水压控制阀的关键技术难题

  随着一些生产领域对安全生产、环境保护、无污染等要求越来越高，以天然淡水或海水(不含任何客加剂)为工作介质的水液压传动技术重新引起人们的关注，并成为本学科领域十分重要的发展方向。水压控制阀是构成水液压系统不可缺少的控制元件。与矿物油相比，水具有粘度低、汽化压力高、腐蚀性强等特点、水压控制阀的研究将面临下列关键技术难题∶

  1. 腐蚀问题

  由于水(特别是海水)有较强的腐蚀性，同时海水又是一种强电解质，因此材料本身不仅要有较强的耐腐蚀性能，而且不同材料组合使用时要有较好的防电偶腐蚀能力。当腐蚀与磨损同时存在时，它们相互促进，使零件加速失效。

  2. 气蚀问题

  气蚀分为气体气蚀和汽化气蚀两种。由于液压油的汽化压力很低，同时空气在液压油中的溶解度较高，所以油压阀的气蚀主要表现为气体气蚀。相同条件下空气在水中的溶解度约为在液压油中的20%，而水的汽化压力(50℃时为0.012MPa)比液压油(50℃时为1.0×10～3MPa)高10°倍，因此，水压控制阀中起主导作用的是汽化气蚀。水压阀与油压阀气蚀本质的不同决定了其危害性比油压阀的气蚀严重。当阀出口处的压力降至水的汽化压力时，就会发生汽化气蚀。为避免气蚀的破坏，必须从液压阀的材料和结构两方面同时考虑，即除了采用耐气蚀性能好的材料及其表面处理工艺外，还要研究新型的结构，避免气蚀的发生及减小其危害。

  3.拉丝侵蚀与泄漏问题

  由于水的粘度低(仅为液压油的1/50~1/40)，因而在同样的压力差作用下，水的流速远高于液压油，高速流体将对配合面产生很强的冲刷作用，久而久之会在零件表面形成一条条丝状凹槽，破坏工作表面。当高速流体中携带污染颗粒时，其破坏作用大大加剧。材料的硬度对拉丝侵蚀有很大影响，一般来说，材料的硬度越高，抗拉丝侵蚀的能力越强。

  水的粘度远低于液压油，也意味着水介质在缝隙中更容易发生泄漏。较大的泄漏量不仅降低系统的容积效率，所消耗的功率损失会使介质温度升高以及对密封面产生流体侵蚀，还会引起水压阀控制性能的降低。因此，密封结构的设计和间隙的合理控制也是水压阀设计时需要考虑的问题。

  4.压力冲击、振动和噪声

  水的密度比油大10%，弹性模量比油大50%，使得水的压力冲击比矿物油大，易产生水锤现象。加上水的粘度低，粘性阻尼小以及气蚀的作用，使得水压控制阀(尤其是高压、大流量水压阀)中振动、噪声问题十分突出，必须在结构上进行合理设计，使流体在流场中形成合适的压力和流速变化规律，以减小压力冲击，并增加阀芯的运动阻尼，使水压阀有良好的工作稳定性。

  5. 设计理论和设计方法

  由于水介质的理化特性与矿物油有很大差别，因而水压控制阀节流口处的流量系数、流量-压力特性、气蚀特性等与油压阀完全不同。因此，必须在大量的理论分析和试验研究的基础上，建立适合水介质特点的设计理论和方法，以指导水压控制阀的设计。

  6. 水介质的污染控制问题

  这里的污染控制包含两层含义，一是对水介质中细菌和微生物含量的控制，二是对固体污染物的控制，水介质中细菌和微生物含量过高，则可能会因为外泄漏而污染环境或产品(如食品、药品等)另外，细菌和微生物附着在元件表面形成一层生物膜，会加剧腐蚀。固体污染物的侵入会使水压阀内的阻尼孔、阀口等发生堵塞，阀芯运动受阻，同时会加剧配合面、密封面的磨损。固体污染物主要来源于外部环境的侵人以及水压系统中元件、管路等发生磨损、锈蚀的产物。污染物的含量过高会影响水压元件和系统的寿命及工作可靠性。

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