重力式、彈簧式、先導式三種呼吸閥的工作原理解析

呼吸閥的內部結構本質上是壓力閥盤（即呼氣閥）和真空閥盤（即吸氣閥）的組合?？梢苑胖脡毫﹂y盤和真空閥盤。并排或堆疊，其工作原理：當儲罐壓力等于大氣壓時，壓力閥和真空閥的閥瓣與閥座緊密配合，閥座側面的密封結構使由于“吸附”作用，閥座牢固，不易泄漏。隨著壓力或真空度的升高，閥瓣開始打開，在閥座的兩側留下“吸附”效應以保持良好的密封。呼吸閥按工作原理可分為重力式呼吸閥、彈簧式呼吸閥和先導式呼吸閥三種。下面分別詳細說明一下這三種呼吸閥：

一、重力式呼吸閥

重力式呼吸閥的工作原理是平衡閥瓣本身的重量和由于罐內外壓力差而產生的向上力。具體結構如下圖所示。重力式呼吸閥的具體工作原理如下圖所示：

閥瓣的總外力為△F，F為閥瓣本身的重力G，上舉力為πD2(P2-P1)／4。

1、如果閥瓣本身的重力等于向上的力，呼吸閥的呼氣閥瓣將與呼氣出口閥座緊密配合，吸入閥瓣與吸入口閥座將緊密配合。此時作用在閥瓣上的總外力為△F=G-πD2(P2-P1)/4、

2、當儲罐內出現超過設定壓力的超壓時，罐內的高壓直接作用于呼氣出口閥瓣下方，克服閥瓣的重力和大氣壓力。閥盤打開呼氣出口閥。罐中過高的氣壓從鍋中排出，平衡罐中的壓力與大氣壓力。此時閥盤所受的總外力△F=G-πD2(P2-P1)／4>0。

3、當儲罐內產生低于設定壓力的負壓時，大氣壓力直接作用在吸入閥瓣下方，克服閥瓣的重力和作用在閥瓣上的罐內壓力。，從而打開吸入閥閥瓣補充儲罐內的壓力，使儲罐內的壓力與大氣壓平衡。此時閥盤所受總外力△F=G-πD2(P2-P1)／4<0。

二、彈簧式呼吸閥

彈簧式呼吸閥的工作原理是平衡彈簧的變形力和由于罐內外壓差產生的推力。具體結構如下圖所示。

彈簧式呼吸閥類似于重力式呼吸閥。外力與作用在閥瓣上的向上力之和仍為△F和πD2(P2-P1)/4、但此時控制力F變成彈簧。通過改變時間彈簧的預緊長度，可以調節彈簧的變形力和控制力F。

三、先導式呼吸閥

先導式呼吸閥使用先導閥控制主閥。由于先導閥采用膜片結構，膜片面積大，即使在極低的溫度下也能獲得效果。操作壓力控制主閥操作的力。此外，在先導閥打開之前，主閥緊密關閉，不受控制流量的影響，允許先導式呼吸閥提供水平面密封。先導式呼吸閥的具體結構如下圖所示。

其工作原理如下圖所示

1、正常使用情況下，作用在主閥膜片上的壓力P2與作用在先導閥膜片上的壓力P1相同，主閥關閉，先導閥上有彈簧載荷.比先導閥膜片大。當向上的力施加到某點時，先導閥關閉。由于先導閥的隔膜面積S1大于主閥的隔膜面積S2、因此閥門關閉力F=P1S1-P2S2、另外，當閥前壓力增大時，閥門的關閉力增大，閥門的密封性能提高。

2、如果儲罐內的壓力高于設定壓力，則作用在導閥膜片上的向上力剛好超過導閥的彈簧載荷。此時，先導閥閥座微開，密封在主閥內的氣體迅速從先導閥排出，主閥氣室壓力P1下降。此時作用在主閥膜片上的壓力P2→P1打開主閥，釋放儲罐內的超壓。

3、通過主閥的流體繼續流動，直到罐內壓力低于設定壓力，作用在導閥膜片上的力小于導閥的彈簧載荷，導閥被降低、關閉。儲罐內的氣體通過導管進入主閥氣室，故壓力P2=P1、主閥關閉，恢復正常狀態。

4、當儲罐內為負壓時，其工作原理與正壓泄壓基本相同。在關閉狀態下，P1為主閥腔中存在的大氣壓，作用在主閥膜片上的壓力P2為負壓，閥門關閉力F=P1S1-P2S2、所以主閥關閉，在設定值時，先導閥打開，主閥腔內的壓力通過導管送到入口負壓。當氣室內產生部分負壓時，主閥因外界大氣壓而打開，閥內產生氣流，清理儲罐的負壓狀態。后，大氣壓力通過導管進入主閥室并關閉主閥。