多級降壓調節(jié)閥設計選型 對多級降壓調節(jié)閥的常見結構類型及其特點進行了系統(tǒng)的介紹。對用戶如何根據(jù)可壓縮介質工況下的具體要求計算調節(jié)閥CV值的常用方法進行了總結,為用戶了解多級降壓調節(jié)閥的特點并合理選用提供了參考。 一、多級降壓調節(jié)閥設計選型前言 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中,調節(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、調節(jié)流體流量等重要作用。近年來隨著工業(yè)技術的不斷進步,實際生產(chǎn)中出現(xiàn)的高溫、高壓等特殊工況對調節(jié)閥也提出了更高的要求。特別是應用于高壓差場合的調節(jié)閥,由于流速很高,經(jīng)常在內部節(jié)流件部位出現(xiàn)沖刷腐蝕,同時還伴有由空化現(xiàn)象引起的汽蝕、噪聲和振動等危害,給安全生產(chǎn)帶來重大隱患。因此,國內外一些廠家分別研究開發(fā)了專門應用于高壓差條件下的多級降壓結構調節(jié)閥。 本文對常見的各類多級降壓調節(jié)閥的結構、工作原理及特點分別進行介紹。并且針對可壓縮工況,對用戶如何根據(jù)實際要求的流量計算調節(jié)閥CV值的常用方法進行了總結。為用戶了解多級降壓調節(jié)閥的特點并合理選用提供了參考。多級降壓低噪音調節(jié)閥是一種壓力平衡式籠式單座調節(jié)閥,該閥采用了迷宮式套筒,套筒上設有單級或多級低噪音孔,可以*控制流體流經(jīng)閥內件的流速,從而大幅降低了高壓差氣體和蒸汽產(chǎn)生的噪音,也可以有效降低液體產(chǎn)生的氣蝕現(xiàn)象,提高了閥門的使用壽命。閥體結構緊湊,流體通道呈S 型,使其壓降損失小,流量大,可調范圍廣,流量特性精度高, 符合IEC534-2-1976 標準。閥門泄漏量符合ANSI B16.104 標準。調節(jié)閥配用多彈簧執(zhí)行機構或氣缸執(zhí)行機構,其結構緊湊,輸出力大。TYP910 是火電廠疏水系統(tǒng)經(jīng)濟型閥門,也可適用于石油化工、鋼鐵等其他工業(yè)的自動控制系統(tǒng)控制高壓差流體。 二、多級降壓調節(jié)閥設計選型的常見類型及特點 在調節(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。一般認為當Δp>2.5MPa時,流體介質在閥內部進入節(jié)流部位時壓力驟然下降,在通流截面面積最小處壓力降至,當這一壓力低于當前溫度下流體的飽和蒸汽壓時,部分液體會出現(xiàn)汽化,形成大量微小的汽泡,當流體流過節(jié)流口壓力回升時,這些汽泡又發(fā)生破裂回到液態(tài),對閥體和閥芯等部件產(chǎn)生沖擊并帶來噪聲、振動等危害。近年來,國內外一些調節(jié)閥廠商都研發(fā)了各種不同類型的專門應用于苛刻工況下的抗汽蝕多級降壓調節(jié)閥。常見的多級降壓調節(jié)閥分為三類,雖然在結構上有所不同,但有著共同的工作原理,都是通過改變結構將總的壓差進行分段多級降壓,使每一級壓降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、串級式調節(jié)閥 串級式多級降壓結構如圖1所示,這種結構把原本的一個整體的節(jié)流區(qū)域以多個分開的節(jié)流區(qū)域互相串聯(lián),從而使較大的壓差轉換為多個較小的壓差,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)。串級式調節(jié)閥多用于液體介質工作的場合,其特點在于: 1)啟閉過程中能夠減輕持續(xù)壓差,每一級節(jié)流口的動作均滯后于上一級節(jié)流口,可以使在啟閉過程時作用于閥口的持續(xù)高壓逐級減輕,分擔了級節(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合。 3)串級式閥芯一般進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降壓調節(jié)閥相比工藝較為簡單,加工方便,制造成本也較為低廉。 5)串級式調節(jié)閥一般降壓級數(shù)有限,多為3~4級,不能應用于壓差過高的場合。 2、多級降壓調節(jié)閥設計選型多層套筒式調節(jié)閥 多層套筒式多級降壓結構如圖2所示,經(jīng)常用于電站或化工等行業(yè)中。多層套筒式調節(jié)閥典型結構特征是閥芯部分節(jié)流件由數(shù)層加工有小孔的套筒構成,每層套筒之間都留有一定的間隙,使流體流經(jīng)套筒時得以緩沖,從而將流體速度控制在一定范圍內。 其特點在于: 1)多級套筒式調節(jié)閥降壓級數(shù)可以設計得較大,降壓能力與串級式相比較強,能夠勝任高壓差的場合。 2)多層套筒式結構既能滿足較高的壓降要求,同時又能在工作時保證較大的流量。 3)抗汽蝕性能良好,用于液體介質時,流體由最外側套筒流向最內側,液體介質在套筒中逐級降壓以減輕空化汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生,并且流體最終從內側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,不直接對閥門金屬表面產(chǎn)生傷害。 4)抗噪聲、振動性能良好,用于氣體介質時由套筒內側向外流動,靠外側套筒的孔徑和間隙與內側相比均有所擴大,使氣體介質在逐級降壓過程中不斷膨脹,可以有效地降低噪聲及振動帶來的危害。 5)套筒加工過程比較復雜,成本較高。但安裝與維護簡便,易于更換。 3、多級降壓調節(jié)閥設計選型迷宮式調節(jié)閥 迷宮盤片式多級降壓結構如圖3所示,其核心節(jié)流部分由多個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)過多次碰撞轉折,消耗能量,在逐級降壓過程的同時,使流速也得到了控制。一般多用于核能、電站等行業(yè)中高溫高壓降的特殊場合,工作介質多為過熱蒸汽,也能用于液體介質。其特點如下。 1)迷宮流道的拐彎級數(shù)就是迷宮式調節(jié)閥的降壓級數(shù),一般可達十幾到二十幾級,所以迷宮式多級降壓結構是常見多級降壓調節(jié)閥中降壓能力*的,國外有產(chǎn)品可以達40MPa。 2)出色的抗汽蝕沖刷及消聲減振性能,多級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行組合,迷宮式調節(jié)閥可以達到不同的流量特性調節(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;安裝與維護比較簡便,盤片易更換。 5)迷宮式流道對流體介質的清潔度要求較高,否則迷宮流道容易發(fā)生堵塞。 三、多級降壓調節(jié)閥設計選型多級降壓調節(jié)閥CV值的計算 流量系數(shù)(CV)一般用來表示閥門的流通能力,為了選用合適的調節(jié)閥,必須根據(jù)所使用條件計算出必要的CV值,然后根據(jù)額定流量系數(shù)選擇合適的調節(jié)閥型號。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,閥內的流動情況與不可壓縮相比復雜很多。因此對于一般多用于可壓縮工況下的多級降壓調節(jié)閥,其流量系數(shù)的計算方法也較為特殊,典型的可壓縮工況下CV值的計算主要有壓縮系數(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50年代由蘇聯(lián)提出,是計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,在一般的液體計算公式中添加一個氣體壓縮系數(shù)ε,對液體計算公式進行校正。此種方法對計算模型做了很大簡化,把不同形式的調節(jié)閥都簡化為同樣的流量噴嘴,然后認為在噴嘴中氣體介質流動的過程是一個絕熱過程,再用能量平衡方程導出計算公式,即: 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程度不高的場合,在非臨界流區(qū)間內能夠保證較好的計算精度。但由于公式對計算模型的簡化,隨著?p/p1增大到臨界壓差比時就會產(chǎn)生較大的誤差,在過渡區(qū)和臨界區(qū)內無法滿足要求。 2、膨脹系數(shù)法 針對早期計算公式均未考慮閥門的壓力恢復特性對計算的影響,在20世紀70年代一些國外廠商提出了以膨脹系數(shù)法、多項式法和正弦法為代表的一系列后期公式,對早期公式進行了改良,能較好滿足非臨界區(qū)到臨界區(qū)的計算精度。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算結果更加經(jīng)濟,可以減少不必要的浪費。其中膨脹系數(shù)法以其計算的簡便性被IEC為標準公式。膨脹系數(shù)法由用于液體情況下的計算公式引入膨脹系數(shù)Y進行修正而得出,當Y=1時,膨脹系數(shù)法也適用于不可壓縮的液體工況。 多級降壓調節(jié)閥設計選型 膨脹系數(shù)Y指在相同雷諾數(shù)下,可壓縮性介質的流量系數(shù)與不可壓縮介質的流量系數(shù)之比。它表示了流體從閥入口流到節(jié)流孔下游流通面積最小的縮流斷面處時的密度變化,以及壓差變化時縮流斷面面積的變化。 由于計算公式本身不包含上游條件時流體的實際密度,膨脹系數(shù)法引入了壓縮系數(shù)Z來補償某些條件下實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。膨脹系數(shù)法對影響可壓縮流體流動的諸多因素都進行了全面的考慮,所以能在全部的流動范圍內保證較高的計算精度,且適用于各種類型的閥門,應用比較廣泛。 四、多級降壓調節(jié)閥設計選型結語 應用于高壓差條件下的多級降壓調節(jié)閥作為管路系統(tǒng)之中的關鍵設備,在控制過程中發(fā)揮著至關重要的作用。本文對常見的三種不同類型的多級降壓調節(jié)閥產(chǎn)品的工作原理、核心結構、特點以及分別適用的場合進行了系統(tǒng)的介紹,為用戶了解多級降壓調節(jié)閥的基本類型和特點提供了參考。此外,由于多級降壓調節(jié)閥經(jīng)常應用于可壓縮工況,本文還對可壓縮工況下流量系數(shù)的典型計算方法進行了歸納和總結,使用戶能夠依據(jù)正確的計算方法對調節(jié)閥的具體型號進行選擇。總之,本文對于用戶了解專門應用于高壓差場合下多級降壓調節(jié)閥的特點并合理地選用提供了一定的參考。 |