膜式阀

初始状态下，开车时启停阀处于图1所示的开启位置，气流通过卸压口外排，同时极少部分气体通过喷嘴向气腔1喷射，使气腔1内的压力逐步加大，推动隔膜带动滑杆往下移动，最终使密封橡胶块将阀座进口堵住，完成放空卸压过程；停车时隔膜阀处于关闭状态。由于逆止阀的作用，使系统的高压气体无法返流。风机与逆止阀之间的管路处于低压状态，气腔1内的高压气体开始通过喷嘴往主管路排气，使气腔1内的压力降低，借助隔膜的弹性带动滑杆往上移动，实现密封橡胶块与阀座的分离，逐步回到图1所示的开启位置，再次完成放空卸压过程。

设系统启动时负荷（压力）为pd；阀杆组下端取压口直径为D；喷嘴喷口直径为d；进气速度为v0；喷嘴后压力为p，喷气速度为v1；气体密度为ρ；气腔1的原始压力为p0，根据伯努利方程有：

p_d ρv₀²/2g= p ρv₁²/2g （1）

根据气体连续流理论有：

（πD²/4）v₀=（πd²/4）v₁（2）

因为d≈0.02D，由式（2）可知v1远远大于v0，所以由式（1）可推出喷嘴后压力p远远小于启动时负荷p_d，同时由于压力p的注入，使得气腔1的压力提高，隔膜下移，体积增大，压力p进一步降低，因此为p= pd平衡条件的达成赢得了时间（延时），实现了延时关闭，获得满意的卸压时间。

当然，这里对气体的流动作了尽可能的简化，只能从定性的角度对其进行解释，具体到启停阀的设计计算，可以参照阀门设计手册，并根据工程热力学的要求另建数学模型进行解答。

通过采用隔膜式启停阀，实现罗茨鼓风机的自动空载启停；可靠性、及时性高，不会出现误操作；同时，通过合理的改进，还可以实现安全阀，放空阀、回流阀的功能，节约系统安装和配套成本，进一步提高罗茨鼓风机系统的运行可靠性、经济性；加装隔膜式启停阀并对系统进行相应的改造后，整个装置由于罗茨鼓风机的原因而发生故障的几率明显下降，提高了整个装置的生产能力，为企业创造了良好的经济效益。

该阀的主要结构见图1。

由图1可见，隔膜式启停阀主要组成部分：

调节螺栓1、喷嘴2、阀盖3、阀座4、隔膜5、阀杆组6等6个主要部件，其中隔膜是整个启停阀的关键部件，通过它可把阀的上部分成气腔1和气腔2两部分，它有一定的弹力特性和疲劳特性，能在外力撤除的情况下主动复位，且能上下反复运动，不会产生折断、撕裂、疲劳等破坏；喷嘴上钻有很小的喷气孔，可起到降压作用；阀杆组由滑杆和下部的密封橡胶块组成；阀座通过法兰与系统主管上的三通管相连，可把气流引入启停阀。

通过分析隔膜式启停阀的结构和原理，对隔膜式启停阀进行了二次开发利用。根据不同的使用目的，可以利用隔膜式启停阀获得几种不同的功用。

（1）安全阀：如果在接口1位置接入一个小排量的安全阀，并设定安全阀的排气压力定为p1（p1=1.1pd）。那么，当气腔1内的压力pd由于系统超压达到p1时，安全阀开始排气卸压，致使p≤pd，从而使隔膜失去平衡，带动滑杆上移，实现大排量卸压，卸压后再次逐步进入平衡，隔膜式启停阀自动关闭。因此，可以达到用小排量安全阀控制大排量“安全阀”的目的克服了普通安全阀排量过小，安全阀不安全的缺点，实现了真正意义上的安全。

（2）放空阀：如果在接口2上联接另外一个二位二通电磁阀，那么当风机输出流量大于系统流量要求时，就可以通过电器指令接通电磁阀，使隔膜式启停阀的气腔1通过电磁阀向外排气，致使p≤pd，从而使隔膜失去平衡，带动滑杆上移，进行大排量放空，实现流量调节。

（3）打回流：如果将隔膜式启停阀的排放口制作成一个封闭的排放结构，不直接向外界排放，而用一个管道接至鼓风机或系统进口，通过上述对电磁阀的调节，就可以实现某些气体的回流。

气动薄膜式调节阀概述：

气动薄膜调节阀的发展自20世纪初始至今已有八十年的历史，先后产生了十个大类的调节阀产品,自力式阀和定位器等，调节阀和控制阀的发展历程如下：

20年代：原始的稳定压力用的调节阀问世。

30年代：以“V”型缺口的双座阀和单座阀为代表产品V型调节球阀问世。

40年代：出现定位器，调节阀新品种进一步产生，出现隔膜阀、角型阀、蝶阀、球阀等。

50年代：球阀得到较大的推广使用，三通阀代替两台单座阀投入系统。

60年代：在国内对上述产品进行了系列化的改进设计和标准化、规范化后，国内才才有了完整系列产品。现在我们还在大量使用的单座阀、双座阀、角型阀、三通阀、隔膜阀、蝶阀、球阀七种产品仍然是六十年代水平的产品。这时，国外开始推出了第八种结构调节阀——套筒阀。

70年代：又一种新结构的产品——偏心旋转阀问世（第九大类结构的调节阀品种）。这一时期套筒阀在国外被广泛应用。70年代末，国内联合设计了套筒阀，使中国有了自己的套筒阀产品系列。

80年代：改革开放期间，中国成功引进了石化装置和调节阀技术，使套筒阀、偏心旋转阀得到了推广使用,尤其是套筒阀,大有取代单、双座阀之势,其使用越来越广。80年代末,调节阀又一重大进展是日本的Cv3000和精小型调节阀，它们在结构方面，将单弹簧的气动薄膜执行机构改为多弹簧式薄膜执行机构，阀的结构只是改进，不是改变。它的突出特点是使调节阀的重量和高度下降30%，流量系数提高30%。

90年代：90年代的调节阀重点是在可靠性、特殊疑难产品的攻关、改进、提高上。到了90年代末，由华林公司推出了第十种结构的产品——全功能超轻型阀。它突出的特点是在可靠性上、功能上和重量上的突破。功能上的突破——唯一具备全功能的产品，故此，可由一种产品代替众多功能上不齐全的产品，使选型简化、使用简化、品种简化；在重量上的突破——比主导产品单座阀、双座阀、套筒阀轻70～80%，比精小型阀还轻40～50%；可靠性的突破——解决了传统调节阀等各种不可靠性因素，如密封的可靠性、定位的可靠性、动作的可靠性等。该产品的问世，使中国的调节阀技术和应用水平达到了九十年代末先进水平；它是对调节阀的重大突破；尤其是电子式全功能超轻型阀，必将成为下世纪调节阀的主流。