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    節流閥的工作原理、結構及分類

    更新時間:2013-10-24      瀏覽次數:11030

    通過啟閉件(閥瓣)的運動,改變通路截面積, 用以調節流量、壓力的閥門稱為節流閥。

    節流閥在外形和結構上都與截止閥非常相似,所不同的只是閥瓣的形狀和工作行程,因此,節流閥與截止閥的零部件通用程度很高。

    各種截斷閥都可以改變介質通道截面積,因而在一定程度上也可以起到調節作用,但是它們的調節性能不好。這是因為它們的啟閉件和閥桿是活動連接的,在連接處有間隙,不便調節;啟閉件的升降與通道面積的改變不成比例,因而不易做到準確、連續調 節;當通道面積小而介質流速很大時,會造成密封面的嚴重沖蝕,并引起閥瓣的振動。因而通常都采用專門結構和啟閉件形狀的節流閥進行調節。

    節流閥主要用于調節流量、壓力,在選擇閥門時必須考慮流量控制范圍、壓力降及其負荷等,以避免過早失效并確保安全使用。用于高壓差節流的閥門要求有專門設計的閥門密封元件。總的來說,通過閥瓣的zui大壓差不得超過zui大上游壓力的20%或200psi (1380kPa)兩者中的較小值。具有專門密封元件的閥門可用于超出此壓差極限的場合。

    一般工業用節流閥按照工作介質的流向分類,可以分為閥瓣平衡式和閥瓣非平衡式兩大類。閥瓣平衡式節流閥可分為直流式節流閥和角式節流閥,閥瓣非平衡式節流閥可分為直通式節流閥、角式節流閥、直流式節流閥、Z形流道式節流閥和三通流道節流閥 等。在石油、天然氣鉆采行業中使用的節流閥的分類方法又稍有不同,因此單獨列為一節介紹。

    節流閥按照調節精度可分為粗調式和精調式兩種。

    圖11-1所示的Z形流道式節流閥,其內部結構簡單,屬于粗調式節流閥,行程的大小與流量變化關系無法事先標定,只能借助另外的流量測試儀表臨時加以判斷,所以,這種閥只用于一般工藝管路。

    圖11-2所示的角式節流閥,其結構復雜,屬于細調式節流閥,它有三個特點:①采用針形閥瓣,工作行程大,行程與流量變化的關系具有較小的斜率; ②采用螺旋測微機構標定行程,精度高而且穩定,為事先標定行程與流量變化關系曲線提供了有利的條 件;③結構緊湊,輕巧,密封性能好,安裝位置與形式不受限制。因此,它可用于調節精度要求較高的工藝分析管路和小流量精密調節工位,既能方便地安裝于儀表控制盤上,又能直接安裝于各種管路中,當安裝于儀表控制盤上時,可將鎖緊螺母旋下,待閥門插入控制盤孔后再復位并擰緊即可。

    11.3.1節流閥的閥瓣

    節流閥閥瓣主要有以下幾種形狀。

    ①月牙形如圖11-3 (a)所示,又叫溝形,在柱塞側面以一平面斜切而成。這種閥瓣適應性強,加

     

    工簡單,成本低廉,但是徑向不平衡力較大,故只適用于小批量生產的低壓小口徑閥門,高壓大口徑閥門很少采用。

    ②圓錐形如圖11-3 (b)所示,閥瓣通常車削而成,大量適用于中小口徑節流閥。針形閥瓣是圓錐形閥瓣的一種特例,主要用于小口徑的節流閥中,習 慣上成為針形閥。

    ③圓柱形如圖11-3 (c)所示,閥瓣和圓錐形閥瓣一樣,通常車削而成,主要用于套筒式節流閥。

    ④窗形如圖11-3 (d)所示,又叫缺口形,這種閥瓣的對稱性和異向性比以上月牙形和圓錐形閥瓣都好,動作平穩,振動小,適用于介質壓力較高的大口徑節流閥。

    11.3.2節流閥的開啟高度

    節流閥是改變閥瓣與閥座間的流通面積來實現對流量的調節作用的。對于月牙形和圓錐形閥瓣來說, 錐度或斜率愈大,橫截面積變化愈快,即開啟高度愈小,則調節性能愈差。相反,如果錐度或斜率愈小, 橫截面積變化愈緩慢,或者說閥瓣愈長,幵啟高度愈 大,則調節性能愈好。

    針形閥實際上就是橫截面積變化十分緩慢的一種小口徑節流閥。在決定節流閥閥瓣開啟高度時,應考慮到閥門的密封形式。當閥門為填料密封時,由于截止閥與節流閥常常采用*相同的閥體毛坯,開啟高度的大小并無嚴格的規定而只受閥體高度的限制。當閥門為波紋管密封時,由于開啟高度的大小直接影響波紋管元件的長度,波紋管原件過長,不僅大大增加閥門的總體高度,還會降低波紋管元件本身的失穩壓 力,即降低密封結構的壓力承載性能。因p,幵啟高度的大小是否合理,zui終會影響閥門的性能和密封效果。這時,應首先找出節流閥的理想工況點,規定合理的節流范圍(通常為開啟高度的30%?70%),再據此確定開啟高度的大小。但是,不論何種密封方式的閥門,到達開啟高度的終點時,在閥瓣與閥座之間的流通面積均應不小于入口端的橫截面積。

    實際上,節流閥的調節性能好壞,除了閥瓣與閥座間的流通面積變化情況外,還與流阻系數有密切相關,故在確定閥瓣幾何形狀及尺寸時,流量與流阻試驗常常是*的手段。

    節流閥的閥瓣在不同高度時,閥瓣與閥座所形成的簾面積(環形通路面積)也相應地變化,所以只要細致地調節閥瓣的高度,就可以地調節閥瓣與閥座所形成的簾面積,從而也就可以得到確定數值的流量和壓力。

    (1) 導向要求

    當介質流過節流通道時,以很髙的速度沖擊閥瓣,會使其產生偏斜和振動,而影響調節的性, 所以必須有導向裝置。對于月牙形、圓柱形和窗形結構的閥瓣由閥座的通道作為導向;對于圓錐形結構的閥瓣,可以在閥蓋的腔體里設計足夠長的凸臺并加工成導向孔,用來導向,如圖11-3 (b)所示,也可以在閥桿和閥蓋之間設計導向機構,然而這時閥瓣要固接在閥桿上,留有的間隙要盡量小。

    (2) 抗沖蝕要求

    閥瓣與閥座密封面受到高速介質的沖蝕作用,因而必須用耐沖蝕和磨損的材料來制造。

    (3) 閥桿梯形螺紋螺距

    節流閥的閥桿螺紋梯形的螺距比同規格截止閥閥桿螺紋的螺距小,以便于節流閥進行的調節。

     

    一般,節流閥閥座的密封性能較差,當做截止閥使用常常是不可靠的,即使精心設計的節流——截止兩用閥門,在制造廠裝配試驗時能夠表明閥門具有密封性能,但在長期使用中仍然不能保證密封的可靠性。同樣,截止閥雖然也有某種粗調功能,但調節性 能極差,屬于快開特性,當做節流閥使用也是不妥當的,因為這時閥瓣與閥座的間隙很小,流阻很大,流速增加,在介質的劇烈沖蝕下,閥瓣與閥座的密封面很快就會損壞,使截止閥失去原有功能。

    針形閥也是一種小口徑節流閥,其工作介質流向有Z形流道式和角式兩種結構。針形閥的閥芯類似于圓錐形閥瓣,只是錐度較小,錐體較長,略呈針形。 由于針形閥閥芯截面變化小,故調節靈敏度高,可作為流量控制閥。針形閥特別適宜于高壓下操作, 因其閥芯為針形,承受介質壓力小,易于啟閉。

    針形閥的連接方式有卡套連接、外螺紋連接、內螺紋連接等。

    針形閥一般用于要求高壓力及低流量的地方。針形閥也可作為壓力表、氣動調節器的配套用閥,也可用作取樣閥。

    來源:上海自動化儀表銷售網(www.40017.net)

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