小流量調(diào)節(jié)閥內(nèi)外概況
小流量調(diào)節(jié)閥內(nèi)外概況
南化公司研究院 徐霖
一、小流量調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)
所謂小流量調(diào)節(jié)閥，顧名思義，就是流通能力很小的調(diào)節(jié)閥。
閥門的流通能力是在統(tǒng)一條件下的閥門容量指標(biāo)。我用C 值表示 。其定義為：閥門全開(kāi)時(shí)，當(dāng)閥前后壓差為1公斤／厘米 2 ，介質(zhì)重度為1克／厘米 3 時(shí) ，每小時(shí)流過(guò)閥門的介質(zhì)量(米 3 ／時(shí))。對(duì)于不可壓縮流體，在充分湍流的狀態(tài)下(雷諾數(shù)足夠大時(shí)，對(duì)于水Re>10 5 ；對(duì)空氣Re>5 ．5 ×10 4 )
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式中：
△p——閥前后壓差(公斤／厘米 2 ) Υ——介質(zhì)重度(克／厘米 3 )
Q 一 介質(zhì)流量(米 3 ／時(shí))
美等家用C， 值表示 閥門的流通能力。際上*的，主要有關(guān)電的I、E、C標(biāo)準(zhǔn)中用Av 值表示 閥門的流通能力。三者換算關(guān)系如下：
Cv =1 ．17 C Cv =10 6 /24Av C=10 6 /28Av
閥門的流通能力僅僅取決于閥本身的結(jié)構(gòu)。在計(jì)算所需的閥門流通能力時(shí)，應(yīng)注意介質(zhì)不同或流動(dòng)條件不同時(shí)， 閥內(nèi)流動(dòng) 狀態(tài)會(huì)有很大的差異。
在小流量情況下，尤其是粘性流體和低壓下工作時(shí)，流體的主約束往往是層流或?qū)恿骱屯牧鞯幕旌蠎B(tài)。層流時(shí)，經(jīng)過(guò)閥門的介質(zhì)流量和閥前后壓差呈線性關(guān)系。而在層流和湍流混合態(tài)下，隨著雷諾數(shù)的增加，即使壓差不變，流經(jīng)閥門的介質(zhì)量也會(huì)增加。在*湍流時(shí)，流量才不隨雷諾數(shù)變化而變化。盡管如此，選擇小流量調(diào)節(jié)閥，仍然用傳統(tǒng)
的方法和計(jì)算公式進(jìn)行。但是其計(jì)算值和實(shí)際值偏離很大，據(jù)資料介紹在 Cv =O．01以下時(shí)，它只是作為一個(gè)容量指標(biāo)，有參考意義而已。實(shí)際流通能力應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。
隨著流通能力減小，閥門的可調(diào)比將下降。但Z少也能保證10:l到15:1之間，如果可調(diào)比再小，就難以進(jìn)行流量的調(diào)節(jié)。
閥門在串聯(lián)使用時(shí)，隨著 開(kāi)度變化 ，閥前后壓差也有變化，因此使閥門的工作特性曲線偏離理想特性。如果管路阻力大，直線性會(huì)變成快 開(kāi)特性，而喪失調(diào)節(jié)能力。等百分比特性將變成直線特性。小流量情況下，由于很少有管路阻力，上述特性畸變就不大了，對(duì)等百分比特性，實(shí)際上也就沒(méi)有必要。從制造的角度來(lái)說(shuō)， Cv =O．05以下時(shí)，也不可能再產(chǎn)生等百分比的側(cè)面形狀。因此，對(duì)小流量 閥主要 的問(wèn)題是如何將流量控制在所需要的范圍之內(nèi)。
從經(jīng)濟(jì)效果出發(fā)，使用者希望一個(gè)閥門可同時(shí)用于截流和調(diào)節(jié)，現(xiàn)在也是可以做到的。但對(duì)于調(diào)節(jié)閥來(lái)說(shuō)，主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制，關(guān)閉是次要的。認(rèn)為小流量閥本身流量很小，在關(guān)閉時(shí)很容易實(shí)現(xiàn)截流，是錯(cuò)誤的。外對(duì)小流量調(diào)節(jié)閥泄漏量一般也做了規(guī)定。例如上海石化總廠塑料廠引進(jìn)的美柏捷爾( Bodger )公司的科研用氣動(dòng)薄膜式調(diào)節(jié) 閾 ，其 Cv 值為10 一 ，該閥門的泄漏 量規(guī)定 為：在3 ．5 公斤／厘米。氣壓下，泄漏量為Z大流量的1 ％ 以下。
二、小流量調(diào)節(jié)閥的種類
由于氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥有本質(zhì)防爆、性能可＊等點(diǎn)，內(nèi)外調(diào)節(jié)閥目前仍以氣動(dòng)為主。
過(guò)去，內(nèi)正式供應(yīng)的小流量調(diào)節(jié)閥。只有上海自動(dòng)化儀表七廠的ZMBP~IOO 犁 氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，Z使用壓力可達(dá)100公斤／厘米 2 ，額定的流通能力C 值可以 從0 ．05 到O·0012。其閥座孔徑為3毫米，閥芯為圓柱形，上面刻有一道或數(shù)道V 型槽 ，閥桿行程6毫米，閥門無(wú)配套 的定位器，因此控制度較差。
近年來(lái)，我也引進(jìn)了一小流量調(diào)節(jié)閥。如燕山石油化學(xué)總公司向陽(yáng)化工廠加氫裝置上使用的日本進(jìn)口氣動(dòng)薄膜閥，流通能 力約為0·001，閥芯為帶有缺口的圓柱形。又 如上海石化總廠塑料廠引進(jìn)的柏捷爾公司科 研用調(diào)節(jié)閥(工作壓力為300公斤／厘米 2 閥桿行程7／16英寸，閥芯為圓錐形，該閥 門帶有摩爾公司 的頂裝定位器 )。
上述這類閥門的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕。常用的閥座孔徑為1／8～1／4英寸(約為3·17-6 ．35 毫米)，閥桿行程為1／4～l／2英寸(合6 ． 35～12 ．7 毫米)。這類閥門的流量能力Z小可以做到O．00006，以至更小。
一般地說(shuō)，圓柱開(kāi)槽型的閥芯，在特性化方面比圓錐形，它可以通過(guò)改變 槽深來(lái)獲得 設(shè)計(jì)特性，但后者調(diào)節(jié)可＊性，因?yàn)橥ㄟ^(guò)閥門的流體，分布在閥芯截面的整個(gè)圓周上。這種閥門常用在度要求不很的場(chǎng)合。但容量度和特性的重現(xiàn)性較差。
閥門流通能力，主要取決于流孔直徑，對(duì)于一個(gè)1／16英寸的流孔，理論上的 Cv 值約為0·06，或者說(shuō)只是接近小流量的上限。要進(jìn)～步減小流量，必須從根本上減小閥芯的行程或約束流孔 的開(kāi)度 。
文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)過(guò)三種類型的短行程調(diào)節(jié) 閥。其一，閥芯是一顆人造藍(lán)寶石球。閥座 是一個(gè)硬質(zhì)金屬小孔，用膜頭頂端的螺絲可 以調(diào)整薄膜的Z大行程，執(zhí)行機(jī)構(gòu)有可變 的氣動(dòng)反饋，因此對(duì)應(yīng)于3～15磅／時(shí) 2 的信號(hào)壓力，流通能力可以從0 ．07 ～0.00007( Cv 值)。另一種形式的短行程調(diào)節(jié)閥，可用于 壓條件，它的閥芯是錐形的．由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 驅(qū)動(dòng)臂，通過(guò)一個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)另件旋轉(zhuǎn) 帶螺紋的閥 桿轉(zhuǎn)一個(gè) 角度，從而達(dá)到縮短行程的目的。 導(dǎo)向螺紋的螺距為每英寸 ll ～32牙，轉(zhuǎn)動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)角度一般是15～60°，閥芯行程一般為 0·02--0·005英寸(合O．508～1 ．27 毫米)。因?yàn)樵诓煌瑴囟认聼崤蛎洸煌?，閥芯會(huì)產(chǎn)生顯著誤差，因此這種 閥限制使用在300＂F以下，為 保證閩位度 ，閥門裝有定位器。
美 梅森乃南 ( Masoneilan )公司供應(yīng)的安妮( Annin )調(diào)節(jié)閥，據(jù)了解是外廣泛采用，被認(rèn)為是Z宜于科研用的一
種小流量調(diào)節(jié)閥。這種調(diào)節(jié)閥特別適用于壓條件，Z進(jìn)口壓力可達(dá)50，000磅／時(shí) ２ (約為3500公斤／厘米 ２ )，它的閥芯是錐度 極小的錐形針，通過(guò)一套連桿機(jī)構(gòu)可以使閥 行程減小到O．15～0 ．0 l英寸。
為改變我小流量調(diào)節(jié)閥落后狀況，滿足科研、供應(yīng)的需要，近年來(lái)南京化學(xué)工業(yè)公司研究院研制成功了QSW一 320 型氣動(dòng)活塞式微小流量調(diào)節(jié)閥、DXT—160 型步進(jìn) 式控制小流量調(diào)節(jié)閥及QMXK一 320 型氣動(dòng)薄膜式小流量調(diào)節(jié)閥。QSW～320型調(diào)節(jié)閥是一種廿 J變、短行程調(diào)節(jié)閥。其主要特點(diǎn)是：1．流通能力小(Z小可達(dá)C=１０ －６ )；2．在不
更換閥芯、閥座的情況下，可以在一個(gè)相當(dāng)寬廣的范圍內(nèi)任意調(diào)整閥門的流通能力， 3．既可氣開(kāi)、又可氣關(guān)動(dòng)作；4．輸出推力大，可用于壓、超壓。由于備上述特點(diǎn)，該閥門在條件多變，控制要求的場(chǎng)合，有其它類型的調(diào)節(jié)閥*的越性。但該閥門結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、造價(jià)，是其不足之處。
其主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)見(jiàn)表 一 。
主要技術(shù)參數(shù)
主要性能指標(biāo)
１．公稱通徑： Dg 3
１．非線性偏差：＜ ±２％
２．公稱壓力：３２０ kg/cm 2
２．正反行程變差：＜１％
３．閥桿行程：３．８～０．２５
３．靈敏度：＜０．３％
４．流通能力：Ｃ＝１０ －８ ～１０ －６
４．始終點(diǎn)偏差：＜ ±１％
５．可調(diào)比：１０～１５
５．全行程偏差：＜２．５％
DXT~160 型步進(jìn)式控制小流量調(diào)節(jié)閥由BTL—02型調(diào)節(jié)器和L99SA~160P型步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)閥組成。主要特點(diǎn)是使用方便、體積小。用于慣性小的對(duì)象有超調(diào)量小、平衡時(shí)j短、無(wú)余差等點(diǎn)。但由于采用純積分調(diào)節(jié)規(guī)律，該閥不適用于慣性大的系統(tǒng)；由于輸出力矩小，閥門出口壓力不得大于30kg／cm。；并且不宜用于易燃易爆的場(chǎng)合。其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表二。
BTL-02型調(diào)節(jié)器
L99SA—160P 型進(jìn)電機(jī) 調(diào)節(jié)閥
輸入信號(hào)０～１０ Ma（直流）
進(jìn)口壓力 ≤160kg/cm 2
不靈敏區(qū) ≤±0.5%
出口壓力 ≤30
給定值度 ≤±０．５％
流通能力 C=10 -2 ～ １０ －４
可調(diào)比１５～４０
以上兩種閥門均已通過(guò)部級(jí)鑒定、并開(kāi)始批量供應(yīng)。
QMXK--320型氣動(dòng)薄膜小流量調(diào)節(jié)閥，系在常規(guī)的小流量調(diào)節(jié)閥上配備 了頂裝滑閥式定位器，從而提了執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力和閥門度。該閥門也已通過(guò)部級(jí)鑒定，即將開(kāi)始批量供應(yīng)。從而為我提供了一種的、體積小、推力大、與上述兩種調(diào)節(jié)閥相比造價(jià)也較低的氣動(dòng)小流量調(diào)節(jié)閥。
其主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)見(jiàn)表三。
主要技術(shù)參數(shù)
主要性能指標(biāo)
1.公稱通徑：Dg 3
1.非線性偏差<±1.5%
2.公稱壓力：320kg/cm 2
2.正反行程變差<1.5%
3.流通能力：C=2.5×10 -9
3.起始點(diǎn)偏差<1.5%
4.可調(diào)比：R≥10
4.靈敏度<0.3%
5.閥門動(dòng)作方式： 氣開(kāi)
三、壓差對(duì)閥芯、閥座的要求
對(duì)于壓小流量調(diào)節(jié)閥，還必須考慮由主于壓和壓 差帶來(lái) 的一系列問(wèn)題。如執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須有足夠的輸出力，以克服介質(zhì)的不平衡力，閥門零件強(qiáng)度問(wèn)題，壓密封問(wèn)題，而 Z 關(guān)鍵的是閥芯、閥座的材質(zhì)和加工問(wèn)題。
壓調(diào)節(jié)閥閥芯、閥座損壞原因很復(fù)雜，這力面的理論不盡相同，但普遍引起重視的是速液(氣)流相對(duì)閥芯、閥座運(yùn)動(dòng)引起的沖刷現(xiàn)象(亦 稱速度 效應(yīng))和液體介質(zhì)在壓差下的氣 蝕現(xiàn)象 。前者損壞形式是與流線有一定關(guān)系的沖刷痕跡，后者則是海綿狀孔洞。
在有氣 蝕 產(chǎn)生的場(chǎng)合下，如果閥芯，閥座材質(zhì)選用不當(dāng)，少則兒天，多則幾個(gè)月，閥門就將報(bào)廢。
解決氣 蝕問(wèn)題應(yīng)從哥求 避免氣蝕的方法和 耐氣蝕的材料著手，避免氣蝕的方法有幾種。1．改進(jìn)閥芯，閥座設(shè)計(jì)，使其有合理的液流速度分布和壓力分布。如小流量調(diào)節(jié)閥采用狹長(zhǎng)通道式閥芯、閥座。閥芯、閥座孔都有很小的錐度，適用于在恒定的上游壓力條件下地控制流量。由于這種 結(jié)構(gòu)確吸收能量，減小氣蝕的功能，據(jù)資料報(bào)導(dǎo)，它曾用于4200公斤／厘米 ２ 的壓降下。2、在 條件充許的情況下，在液流中充氣，以局部地或全部地消除低壓區(qū)。3。閥門串聯(lián)使用，以減小每個(gè)閥的壓降。4．使閥前后壓差低于該介質(zhì)在調(diào)節(jié)閥入口溫度下產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象的Z大允許壓差。5．介質(zhì)在“流開(kāi)"狀態(tài)下工作，允許壓差比“流閉"狀態(tài)大三倍多。
