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节流阀的工作原理、结构及分类

更新时间:2013-10-24      浏览次数:10208

通过启闭件(阀瓣)的运动,改变通路截面积, 用以调节流量、压力的阀门称为节流阀。

节流阀在外形和结构上都与截止阀非常相似,所不同的只是阀瓣的形状和工作行程,因此,节流阀与截止阀的零部件通用程度很高。

各种截断阀都可以改变介质通道截面积,因而在一定程度上也可以起到调节作用,但是它们的调节性能不好。这是因为它们的启闭件和阀杆是活动连接的,在连接处有间隙,不便调节;启闭件的升降与通道面积的改变不成比例,因而不易做到准确、连续调 节;当通道面积小而介质流速很大时,会造成密封面的严重冲蚀,并引起阀瓣的振动。因而通常都采用专门结构和启闭件形状的节流阀进行调节。

节流阀主要用于调节流量、压力,在选择阀门时必须考虑流量控制范围、压力降及其负荷等,以避免过早失效并确保安全使用。用于高压差节流的阀门要求有专门设计的阀门密封元件。总的来说,通过阀瓣的zui大压差不得超过zui大上游压力的20%或200psi (1380kPa)两者中的较小值。具有专门密封元件的阀门可用于超出此压差极限的场合。

一般工业用节流阀按照工作介质的流向分类,可以分为阀瓣平衡式和阀瓣非平衡式两大类。阀瓣平衡式节流阀可分为直流式节流阀和角式节流阀,阀瓣非平衡式节流阀可分为直通式节流阀、角式节流阀、直流式节流阀、Z形流道式节流阀和三通流道节流阀 等。在石油、天然气钻采行业中使用的节流阀的分类方法又稍有不同,因此单独列为一节介绍。

节流阀按照调节精度可分为粗调式和精调式两种。

图11-1所示的Z形流道式节流阀,其内部结构简单,属于粗调式节流阀,行程的大小与流量变化关系无法事先标定,只能借助另外的流量测试仪表临时加以判断,所以,这种阀只用于一般工艺管路。

图11-2所示的角式节流阀,其结构复杂,属于细调式节流阀,它有三个特点:①采用针形阀瓣,工作行程大,行程与流量变化的关系具有较小的斜率; ②采用螺旋测微机构标定行程,精度高而且稳定,为事先标定行程与流量变化关系曲线提供了有利的条 件;③结构紧凑,轻巧,密封性能好,安装位置与形式不受限制。因此,它可用于调节精度要求较高的工艺分析管路和小流量精密调节工位,既能方便地安装于仪表控制盘上,又能直接安装于各种管路中,当安装于仪表控制盘上时,可将锁紧螺母旋下,待阀门插入控制盘孔后再复位并拧紧即可。

11.3.1节流阀的阀瓣

节流阀阀瓣主要有以下几种形状。

①月牙形如图11-3 (a)所示,又叫沟形,在柱塞侧面以一平面斜切而成。这种阀瓣适应性强,加

 

工简单,成本低廉,但是径向不平衡力较大,故只适用于小批量生产的低压小口径阀门,高压大口径阀门很少采用。

②圆锥形如图11-3 (b)所示,阀瓣通常车削而成,大量适用于中小口径节流阀。针形阀瓣是圆锥形阀瓣的一种特例,主要用于小口径的节流阀中,习 惯上成为针形阀。

③圆柱形如图11-3 (c)所示,阀瓣和圆锥形阀瓣一样,通常车削而成,主要用于套筒式节流阀。

④窗形如图11-3 (d)所示,又叫缺口形,这种阀瓣的对称性和异向性比以上月牙形和圆锥形阀瓣都好,动作平稳,振动小,适用于介质压力较高的大口径节流阀。

11.3.2节流阀的开启高度

节流阀是改变阀瓣与阀座间的流通面积来实现对流量的调节作用的。对于月牙形和圆锥形阀瓣来说, 锥度或斜率愈大,横截面积变化愈快,即开启高度愈小,则调节性能愈差。相反,如果锥度或斜率愈小, 横截面积变化愈缓慢,或者说阀瓣愈长,幵启高度愈 大,则调节性能愈好。

针形阀实际上就是横截面积变化十分缓慢的一种小口径节流阀。在决定节流阀阀瓣开启高度时,应考虑到阀门的密封形式。当阀门为填料密封时,由于截止阀与节流阀常常采用*相同的阀体毛坯,开启高度的大小并无严格的规定而只受阀体高度的限制。当阀门为波纹管密封时,由于开启高度的大小直接影响波纹管元件的长度,波纹管原件过长,不仅大大增加阀门的总体高度,还会降低波纹管元件本身的失稳压 力,即降低密封结构的压力承载性能。因p,幵启高度的大小是否合理,zui终会影响阀门的性能和密封效果。这时,应首先找出节流阀的理想工况点,规定合理的节流范围(通常为开启高度的30%〜70%),再据此确定开启高度的大小。但是,不论何种密封方式的阀门,到达开启高度的终点时,在阀瓣与阀座之间的流通面积均应不小于入口端的横截面积。

实际上,节流阀的调节性能好坏,除了阀瓣与阀座间的流通面积变化情况外,还与流阻系数有密切相关,故在确定阀瓣几何形状及尺寸时,流量与流阻试验常常是*的手段。

节流阀的阀瓣在不同高度时,阀瓣与阀座所形成的帘面积(环形通路面积)也相应地变化,所以只要细致地调节阀瓣的高度,就可以地调节阀瓣与阀座所形成的帘面积,从而也就可以得到确定数值的流量和压力。

(1) 导向要求

当介质流过节流通道时,以很髙的速度冲击阀瓣,会使其产生偏斜和振动,而影响调节的性, 所以必须有导向装置。对于月牙形、圆柱形和窗形结构的阀瓣由阀座的通道作为导向;对于圆锥形结构的阀瓣,可以在阀盖的腔体里设计足够长的凸台并加工成导向孔,用来导向,如图11-3 (b)所示,也可以在阀杆和阀盖之间设计导向机构,然而这时阀瓣要固接在阀杆上,留有的间隙要尽量小。

(2) 抗冲蚀要求

阀瓣与阀座密封面受到高速介质的冲蚀作用,因而必须用耐冲蚀和磨损的材料来制造。

(3) 阀杆梯形螺纹螺距

节流阀的阀杆螺纹梯形的螺距比同规格截止阀阀杆螺纹的螺距小,以便于节流阀进行的调节。

 

一般,节流阀阀座的密封性能较差,当做截止阀使用常常是不可靠的,即使精心设计的节流——截止两用阀门,在制造厂装配试验时能够表明阀门具有密封性能,但在长期使用中仍然不能保证密封的可靠性。同样,截止阀虽然也有某种粗调功能,但调节性 能极差,属于快开特性,当做节流阀使用也是不妥当的,因为这时阀瓣与阀座的间隙很小,流阻很大,流速增加,在介质的剧烈冲蚀下,阀瓣与阀座的密封面很快就会损坏,使截止阀失去原有功能。

针形阀也是一种小口径节流阀,其工作介质流向有Z形流道式和角式两种结构。针形阀的阀芯类似于圆锥形阀瓣,只是锥度较小,锥体较长,略呈针形。 由于针形阀阀芯截面变化小,故调节灵敏度高,可作为流量控制阀。针形阀特别适宜于高压下操作, 因其阀芯为针形,承受介质压力小,易于启闭。

针形阀的连接方式有卡套连接、外螺纹连接、内螺纹连接等。

针形阀一般用于要求高压力及低流量的地方。针形阀也可作为压力表、气动调节器的配套用阀,也可用作取样阀。

来源:上海自动化仪表销售网(www.40017.net)

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