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多級(jí)套筒降壓電動(dòng)調(diào)節(jié)閥降壓原理

  • 發(fā)布日期:2017-07-12      瀏覽次數(shù):2107
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      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)帶來重大隱患。因此,國內(nèi)外一些廠家分別研究開發(fā)了專門應(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。

      上海申弘閥門有限公司主營閥門有: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,保證消除閥門的閃蒸、空化現(xiàn)象。介質(zhì)從接觸*只籠套開始節(jié)流,通過多次節(jié)流將進(jìn)口的高壓差逐步的降低下來,這樣有效的保證了介質(zhì)在閥門中流動(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)生沖擊并帶來噪聲、振動(dòng)等危害。近年來,國內(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)制造過程與其他多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥相比工藝較為簡單,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)降壓過程中不斷膨脹,可以有效地降低噪聲及振動(dòng)帶來的危害。

      5)套筒加工過程比較復(fù)雜,成本較高。但安裝與維護(hù)簡便,易于更換。

      3、迷宮式調(diào)節(jié)閥

      迷宮盤片式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)如圖3所示,其核心節(jié)流部分由多個(gè)開有迷宮式溝槽的金屬盤片疊加而成。流體流經(jīng)迷宮流道中經(jīng)過多次碰撞轉(zhuǎn)折,消耗能量,在逐級(jí)降壓過程的同時(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)是常見多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥中降壓能力強(qiáng)的,國外有產(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)通過使用不同形式的迷宮盤片進(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)迷宮式盤片制造精度要求很高,一般由司太立合金堆焊,有較長的使用壽命;安裝與維護(hù)比較簡便,盤片易更換。

      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)一般用來表示閥門的流通能力,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)算模型做了很大簡化,把不同形式的調(diào)節(jié)閥都簡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)的過程是一個(gè)絕熱過程,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,在過渡區(qū)和臨界區(qū)內(nèi)無法滿足要求。

      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,應(yīng)用比較廣泛。

      四、結(jié)語
      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,在控制過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文對(duì)常見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??傊?,本文對(duì)于用戶了解專門應(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