多級(jí)套筒降壓電動(dòng)調(diào)節(jié)閥降壓原理 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥降壓原理 電動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥 套筒降壓調(diào)節(jié)閥
之前介紹減壓閥前后的壓力變化，現(xiàn)在介紹多級(jí)套筒降壓電動(dòng)調(diào)節(jié)閥降壓原理在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)閥是用于控制系統(tǒng)改變管路中流體流量的裝置，是管系中的終端控制元件，起著分配流體介質(zhì)、調(diào)節(jié)流體流量等重要作用。近年來(lái)隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的高溫、高壓等特殊工況對(duì)調(diào)節(jié)閥也提出了更高的要求。特別是應(yīng)用于高壓差場(chǎng)合的調(diào)節(jié)閥，由于流速很高，經(jīng)常在內(nèi)部節(jié)流件部位出現(xiàn)沖刷腐蝕，同時(shí)還伴有由空化現(xiàn)象引起的汽蝕、噪聲和振動(dòng)等危害，給安全生產(chǎn)帶來(lái)重大隱患。因此，國(guó)內(nèi)外一些廠家分別研究開(kāi)發(fā)了專門(mén)應(yīng)用于高壓差條件下的多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥。本文對(duì)常見(jiàn)的各類多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)分別進(jìn)行介紹。并且針對(duì)可壓縮工況，對(duì)用戶如何根據(jù)實(shí)際要求的流量計(jì)算調(diào)節(jié)閥CV值的常用方法進(jìn)行了總結(jié)。為用戶了解多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)并合理選用提供了參考。
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(組合式減壓閥,可調(diào)式減壓閥,自力式減壓閥多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥，是一種采用多級(jí)套筒降壓的調(diào)節(jié)閥。該閥體采用S形流道設(shè)計(jì)，流體阻力小，流通能力大。閥芯采用平衡式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，抗壓差能力強(qiáng)。根據(jù)閥前后壓差不同，采用1到3級(jí)套筒降壓，有效的避免了閃蒸、氣蝕的產(chǎn)生。該產(chǎn)品主要用于液體、氣體高壓差，易出現(xiàn)閃蒸、氣蝕場(chǎng)合。多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥，采用套筒導(dǎo)向，壓力平衡式閥芯。該系列調(diào)節(jié)閥主要適于壓差大，工況產(chǎn)生閃蒸、空化的場(chǎng)合。根據(jù)參數(shù)的不同設(shè)計(jì)多個(gè)不同的降壓籠套組成一個(gè)多級(jí)降壓內(nèi)件，根據(jù)不同的工況設(shè)計(jì)的籠套，保證消除閥門(mén)的閃蒸、空化現(xiàn)象。介質(zhì)從接觸*只籠套開(kāi)始節(jié)流，通過(guò)多次節(jié)流將進(jìn)口的高壓差逐步的降低下來(lái)，這樣有效的保證了介質(zhì)在閥門(mén)中流動(dòng)時(shí)，壓力始終在其飽和蒸汽壓之上，也就消除了產(chǎn)生閃蒸、空化現(xiàn)象的可能，延長(zhǎng)了惡劣工況中調(diào)節(jié)閥的使用壽命。
多級(jí)套筒降壓電動(dòng)調(diào)節(jié)閥降壓原理技術(shù)參數(shù)和性能:
閥體型式:直通鑄造球形閥
公稱通徑:50、65、80、100、150、200、250、300mm
公稱壓力:ANSI600、900、1500、2500、JIS40、63K
連接型式:法蘭連接：RF、RJ,法蘭標(biāo)準(zhǔn)按：JIS B2201或ANSI B16.5
焊接連接：對(duì)接焊BW；嵌接焊SW
材料:ZG25和ZG1Cr18Ni9、ZG0Cr12Mo2、25Cr0.5Mo、5.0Cr0.5或SCPH21、SCPH61
上閥蓋:常溫型（P）：-17~+230攝氏度,伸長(zhǎng)Ｉ型（Ｅ１）：-45～-17攝氏度、230～566攝氏度
壓蓋型式:螺栓壓緊式
填料:聚四氟乙烯填料，石棉編制填料，石墨填料
閥內(nèi)組件:
閥芯型式:平衡式閥芯
流量特性:防空化套筒：待百分比特性和線性特性；低噪音套筒：線性特性
材料:17-4PH、0Cr17NiMo2和堆焊司太萊合金
執(zhí)行機(jī)構(gòu):
型式:HA多彈簧薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)
膜片材料:乙丙橡夾尼龍
彈簧范圍:0.08~0.24,0.04~0.24Mpa
供氣壓力:0.28,0.30,0.35,0.40Mpa
氣源接頭:Rc1/4
環(huán)境溫度:-30~+70攝氏度
閥作用型式:氣關(guān)式或氣開(kāi)式
附件:定位器、手輪機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)閥位傳送器等
性能:
泄漏量:符合標(biāo)準(zhǔn)ANSIB16.104IV級(jí),小于額定CV的0.01%
回差:3%(不帶定位器);1%(帶定位器)
線性:正負(fù)5%(不帶定位器),正負(fù)1%(帶定位器)
可調(diào)范圍:50:1
設(shè)計(jì)特色 產(chǎn)品范圍
流阻小，流通能力強(qiáng)
導(dǎo)向面積大，動(dòng)作平穩(wěn)
可調(diào)范圍大，調(diào)節(jié)精度高
適合較高壓差的工況條件
密封阻力小，密封性能好
多級(jí)套筒能有效的避免閃蒸、氣蝕的產(chǎn)生
模塊化整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，互換性好
適用于各種壓力和溫度的流體介質(zhì)的控制
閥門(mén)口徑 ： 1-1/2～12”(DN40~DN300）
壓力等級(jí) ： 150～2500LB (PN16~PN420)
殼體材料 ： 碳鋼、不銹鋼、合金鋼、雙相鋼
操作方式 ： PDL系列氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)、PCL系列氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
二、多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的常見(jiàn)類型及特點(diǎn)
在調(diào)節(jié)閥中產(chǎn)生的汽蝕空化現(xiàn)象，其根本原因即是由于閥前后的壓差過(guò)高。一般認(rèn)為當(dāng)Δp>2.5MPa時(shí)，流體介質(zhì)在閥內(nèi)部進(jìn)入節(jié)流部位時(shí)壓力驟然下降，在通流截面面積小處壓力降至低，當(dāng)這一壓力低于當(dāng)前溫度下流體的飽和蒸汽壓時(shí)，部分液體會(huì)出現(xiàn)汽化，形成大量微小的汽泡，當(dāng)流體流過(guò)節(jié)流口壓力回升時(shí)，這些汽泡又發(fā)生破裂回到液態(tài)，對(duì)閥體和閥芯等部件產(chǎn)生沖擊并帶來(lái)噪聲、振動(dòng)等危害。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些調(diào)節(jié)閥廠商都研發(fā)了各種不同類型的專門(mén)應(yīng)用于苛刻工況下的抗汽蝕多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥。常見(jiàn)的多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥分為三類，雖然在結(jié)構(gòu)上有所不同，但有著共同的工作原理，都是通過(guò)改變結(jié)構(gòu)將總的壓差進(jìn)行分段多級(jí)降壓，使每一級(jí)壓降Δp1小于產(chǎn)生空化的臨界壓差，從而有效避免了汽蝕等危害的發(fā)生。
1、串級(jí)式調(diào)節(jié)閥
串級(jí)式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)如圖1所示，這種結(jié)構(gòu)把原本的一個(gè)整體的節(jié)流區(qū)域以多個(gè)分開(kāi)的節(jié)流區(qū)域互相串聯(lián)，從而使較大的壓差轉(zhuǎn)換為多個(gè)較小的壓差，使每一次的降壓范圍都控制在飽和蒸汽壓以上，使空化現(xiàn)象不再出現(xiàn)。
串級(jí)式調(diào)節(jié)閥
圖1 串級(jí)式調(diào)節(jié)閥
串級(jí)式調(diào)節(jié)閥多用于液體介質(zhì)工作的場(chǎng)合，其特點(diǎn)在于：
1)啟閉過(guò)程中能夠減輕持續(xù)壓差，每一級(jí)節(jié)流口的動(dòng)作均滯后于上一級(jí)節(jié)流口，可以使在啟閉過(guò)程時(shí)作用于閥口的持續(xù)高壓逐級(jí)減輕，分擔(dān)了*級(jí)節(jié)流口的壓力。
2)流阻較小，可以勝任流體清潔度不高，甚至固液兩相流的場(chǎng)合。
3)串級(jí)式閥芯一般進(jìn)行碳化鎢噴涂硬化處理，抗沖刷汽蝕性能良好。
4)制造過(guò)程與其他多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥相比工藝較為簡(jiǎn)單，加工方便，制造成本也較為低廉。
5)串級(jí)式調(diào)節(jié)閥一般降壓級(jí)數(shù)有限，多為3～4級(jí)，不能應(yīng)用于壓差過(guò)高的場(chǎng)合。
2、多層套筒式調(diào)節(jié)閥
多層套筒式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)如圖2所示，經(jīng)常用于電站或化工等行業(yè)中。
多層套筒式調(diào)節(jié)閥
圖2 多層套筒式調(diào)節(jié)閥
多層套筒式調(diào)節(jié)閥典型結(jié)構(gòu)特征是閥芯部分節(jié)流件由數(shù)層加工有小孔的套筒構(gòu)成，每層套筒之間都留有一定的間隙，使流體流經(jīng)套筒時(shí)得以緩沖，從而將流體速度控制在一定范圍內(nèi)。
其特點(diǎn)在于：
1)多級(jí)套筒式調(diào)節(jié)閥降壓級(jí)數(shù)可以設(shè)計(jì)得較大，降壓能力與串級(jí)式相比較強(qiáng)，能夠勝任高壓差的場(chǎng)合。
2)多層套筒式結(jié)構(gòu)既能滿足較高的壓降要求，同時(shí)又能在工作時(shí)保證較大的流量。
3)抗汽蝕性能良好，用于液體介質(zhì)時(shí)，流體由外側(cè)套筒流向內(nèi)側(cè)，液體介質(zhì)在套筒中逐級(jí)降壓以減輕空化汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，并且流體終從內(nèi)側(cè)套筒上的小孔中噴射至中心閥腔區(qū)域，使汽泡在套筒中心部位破裂，不直接對(duì)閥門(mén)金屬表面產(chǎn)生傷害。
4)抗噪聲、振動(dòng)性能良好，用于氣體介質(zhì)時(shí)由套筒內(nèi)側(cè)向外流動(dòng)，靠外側(cè)套筒的孔徑和間隙與內(nèi)側(cè)相比均有所擴(kuò)大，使氣體介質(zhì)在逐級(jí)降壓過(guò)程中不斷膨脹，可以有效地降低噪聲及振動(dòng)帶來(lái)的危害。
5)套筒加工過(guò)程比較復(fù)雜，成本較高。但安裝與維護(hù)簡(jiǎn)便，易于更換。
3、迷宮式調(diào)節(jié)閥
迷宮盤(pán)片式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)如圖3所示，其核心節(jié)流部分由多個(gè)開(kāi)有迷宮式溝槽的金屬盤(pán)片疊加而成。流體流經(jīng)迷宮流道中經(jīng)過(guò)多次碰撞轉(zhuǎn)折，消耗能量，在逐級(jí)降壓過(guò)程的同時(shí)，使流速也得到了控制。
迷宮式調(diào)節(jié)閥
圖3 迷宮式調(diào)節(jié)閥
一般多用于核能、電站等行業(yè)中高溫高壓降的特殊場(chǎng)合，工作介質(zhì)多為過(guò)熱蒸汽，也能用于液體介質(zhì)。其特點(diǎn)如下。
1)迷宮流道的拐彎級(jí)數(shù)就是迷宮式調(diào)節(jié)閥的降壓級(jí)數(shù)，一般可達(dá)十幾到二十幾級(jí)，所以迷宮式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥中降壓能力強(qiáng)的，國(guó)外有產(chǎn)品高可以達(dá)40MPa。
2)出色的抗汽蝕沖刷及消聲減振性能，多級(jí)拐彎迷宮式流道可以有效地控制流體流速，避免空化、噪聲及振動(dòng)等不良現(xiàn)象的發(fā)生。
3)通過(guò)使用不同形式的迷宮盤(pán)片進(jìn)行組合，迷宮式調(diào)節(jié)閥可以達(dá)到不同的流量特性調(diào)節(jié)曲線。
4)迷宮式盤(pán)片制造精度要求很高，一般由司太立合金堆焊，有較長(zhǎng)的使用壽命;安裝與維護(hù)比較簡(jiǎn)便，盤(pán)片易更換。
5)迷宮式流道對(duì)流體介質(zhì)的清潔度要求較高，否則迷宮流道容易發(fā)生堵塞。
三、多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥CV值的計(jì)算
流量系數(shù)(CV)一般用來(lái)表示閥門(mén)的流通能力，為了選用合適的調(diào)節(jié)閥，必須根據(jù)所使用條件計(jì)算出必要的CV值，然后根據(jù)額定流量系數(shù)選擇合適的調(diào)節(jié)閥型號(hào)。在可壓縮工況下，流體在節(jié)流過(guò)程中壓力降低，體積膨脹，密度減小，閥內(nèi)的流動(dòng)情況與不可壓縮相比復(fù)雜很多。因此對(duì)于一般多用于可壓縮工況下的多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥，其流量系數(shù)的計(jì)算方法也較為特殊，典型的可壓縮工況下CV值的計(jì)算主要有壓縮系數(shù)法及膨脹系數(shù)法兩類常用方法。
1、壓縮系數(shù)法
壓縮系數(shù)法在20世紀(jì)50年代由蘇聯(lián)提出，是計(jì)算可壓縮工況下流量系數(shù)的早期公式之一。壓縮系數(shù)法考慮到氣體的可壓縮性，在一般的液體計(jì)算公式中添加一個(gè)氣體壓縮系數(shù)ε，對(duì)液體計(jì)算公式進(jìn)行校正。此種方法對(duì)計(jì)算模型做了很大簡(jiǎn)化，把不同形式的調(diào)節(jié)閥都簡(jiǎn)化為同樣的流量噴嘴，然后認(rèn)為在噴嘴中氣體介質(zhì)流動(dòng)的過(guò)程是一個(gè)絕熱過(guò)程，再用能量平衡方程導(dǎo)出計(jì)算公式，即：
各類多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)及選用(1)
式中 γN——標(biāo)況下的氣體重度，單位為kgf/m3(1kgf=9.8N);
Q——標(biāo)況下的體積流量，單位為m3/h;
T——氣體溫度，單位為K;
p1——閥前壓力，單位為kgf/m2(1kgf=9.8N);
?p——閥前后壓差，單位為kgf/m2。
壓縮系數(shù)ε可用試驗(yàn)確定，一般對(duì)空氣試驗(yàn)可得：
各類多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)及選用(2)
除了壓縮系數(shù)法，早期還有閥前密度法、閥后密度法及平均密度法等方法。早期公式只能適用于壓力恢復(fù)程度不高的場(chǎng)合，在非臨界流區(qū)間內(nèi)能夠保證較好的計(jì)算精度。但由于公式對(duì)計(jì)算模型的簡(jiǎn)化，隨著?p/p1增大到臨界壓差比時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，在過(guò)渡區(qū)和臨界區(qū)內(nèi)無(wú)法滿足要求。
2、膨脹系數(shù)法
針對(duì)早期計(jì)算公式均未考慮閥門(mén)的壓力恢復(fù)特性對(duì)計(jì)算的影響，在20世紀(jì)70年代一些國(guó)外廠商提出了以膨脹系數(shù)法、多項(xiàng)式法和正弦法為代表的一系列后期公式，對(duì)早期公式進(jìn)行了改良，能較好滿足非臨界區(qū)到臨界區(qū)的計(jì)算精度。與早期公式相比較，以膨脹系數(shù)法為代表的后期公式的計(jì)算結(jié)果更加經(jīng)濟(jì)，可以減少不必要的浪費(fèi)。其中膨脹系數(shù)法以其計(jì)算的簡(jiǎn)便性被IEC為標(biāo)準(zhǔn)公式。膨脹系數(shù)法由用于液體情況下的計(jì)算公式引入膨脹系數(shù)Y進(jìn)行修正而得出，當(dāng)Y=1時(shí)，膨脹系數(shù)法也適用于不可壓縮的液體工況。
各類多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)及選用(3)
式中ρN——標(biāo)況下的氣體密度，單位為kg/m3;
Q——標(biāo)況下的體積流量，單位為m3/h;
T1——氣體入口溫度，單位為K;
p1——閥前壓力，單位為kPa;
X——壓差比，X=?p/p1;
Z——壓縮系數(shù)。
膨脹系數(shù)Y指在相同雷諾數(shù)下，可壓縮性介質(zhì)的流量系數(shù)與不可壓縮介質(zhì)的流量系數(shù)之比。它表示了流體從閥入口流到節(jié)流孔下游流通面積小的縮流斷面處時(shí)的密度變化，以及壓差變化時(shí)縮流斷面面積的變化。
各類多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)及選用(4)
式中FK——比熱比系數(shù)，F(xiàn)K=K/1.4。
由于計(jì)算公式本身不包含上游條件時(shí)流體的實(shí)際密度，膨脹系數(shù)法引入了壓縮系數(shù)Z來(lái)補(bǔ)償某些條件下實(shí)際氣體和理想氣體的偏差。膨脹系數(shù)Y用來(lái)校正從閥入口處到喉管處氣體密度的變化，Y和喉管處面積與入口面積之比、通道形狀、壓差比X、雷諾數(shù)以及比熱比系數(shù)FK等因素有關(guān)。膨脹系數(shù)法對(duì)影響可壓縮流體流動(dòng)的諸多因素都進(jìn)行了全面的考慮，所以能在全部的流動(dòng)范圍內(nèi)保證較高的計(jì)算精度，且適用于各種類型的閥門(mén)，應(yīng)用比較廣泛。
四、結(jié)語(yǔ)
應(yīng)用于高壓差條件下的多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥作為管路系統(tǒng)之中的關(guān)鍵設(shè)備，在控制過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文對(duì)常見(jiàn)的三種不同類型的多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品的工作原理、核心結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及分別適用的場(chǎng)合進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，為用戶了解多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的基本類型和特點(diǎn)提供了參考。此外，由于多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥經(jīng)常應(yīng)用于可壓縮工況，本文還對(duì)可壓縮工況下流量系數(shù)的典型計(jì)算方法進(jìn)行了歸納和總結(jié)，使用戶能夠依據(jù)正確的計(jì)算方法對(duì)調(diào)節(jié)閥的具體型號(hào)進(jìn)行選擇。總之，本文對(duì)于用戶了解專門(mén)應(yīng)用于高壓差場(chǎng)合下多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)并合理地選用提供了一定的參考。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：波紋管減壓閥波紋管材料
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