國產(chǎn)調(diào)節(jié)閥與進(jìn)口調(diào)節(jié)閥技術(shù)對(duì)比解析
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)。我國用C 值表示 。其定義為:閥門全開時(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 )
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))
美國等國家用C值表示閥門的流通能力。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),具有參考意義而已。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zui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)變成快開特性 ,而喪失調(diào)節(jié)能力。等百分比將變成直線特性。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)等特性,實(shí)際上也就沒有必要。從制造的角度來說, 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)閥來說,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。國外對(duì)小流量調(diào)節(jié)閥泄漏量一般也做了規(guī)定。
小流量調(diào)節(jié)閥的種類:
由于氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥具有本質(zhì)防爆、性能可靠等優(yōu)點(diǎn),國內(nèi)外調(diào)節(jié)閥目前仍以氣動(dòng)為主。過去,國內(nèi)正式生產(chǎn)的小流量調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥,zui高使用壓力可達(dá)10MPa/cm2 ,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,閥門無配套的定位器,因此控制精度較差。
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zui小可以做到O.00006,以至更小。
一般地說圓柱開槽型的閥芯,在特性化方面比圓錐形好,它可以通過改變槽深來獲得設(shè)計(jì)特性,但后者調(diào)節(jié)可靠性好,因?yàn)橥ㄟ^閥門的流體,分布在閥芯截面的整個(gè)圓周上。
這種閥門常用在精度要求不很高的場(chǎng)合。但容量精度和特性的重現(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度 。
文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)過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zui大行程,執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有可變的氣動(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,可用于高壓條件,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,為保證閥位精度 ,閥門裝有定位器。
英國 (UK CROWN)公司生產(chǎn)的調(diào)節(jié)閥,據(jù)了解是國外廣泛采用,被認(rèn)為是zui宜于科研用的一種小流量調(diào)節(jié)閥。這種調(diào)節(jié)閥特別適用于高壓條件,zui高進(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。
為改變我國小流量調(diào)節(jié)閥落后狀況,滿足科研、生產(chǎn)的需要,近年來南京化學(xué)工業(yè)公司研究院研制成功了 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(zui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、又可氣關(guān)動(dòng)作;
4.輸出推力大,可用于高壓、超高壓。由于具備上述特點(diǎn),該閥門在工藝條件多變,控制要求高的場(chǎng)合,具有其它類型的調(diào)節(jié)閥*的*性。但該閥門結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、造價(jià)高,是其不足之處。
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)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)象具有超調(diào)量小、平衡時(shí)j短、無余差等優(yōu)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
給定值精度 ≤±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部級(jí)鑒定、并開始批量生產(chǎn)。
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,從而提高了執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力和閥門精度。該閥門也已通過部級(jí)鑒定,即將開始批量生產(chǎn)。從而為我國提供了一種新型的、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。
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
高壓差對(duì)閥芯、閥座的要求:
對(duì)于高壓小流量調(diào)節(jié)閥,還必須考慮由主于高壓和高壓差帶來的一系列問題。如執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須具有足夠的輸出力,以克服介質(zhì)的不平衡力,閥門零件強(qiáng)度問題,高壓密封問題,而zui關(guān)鍵的是閥芯、閥座的材質(zhì)和加工問題。
高壓調(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高速液(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)在高壓差下的氣蝕現(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),使其具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)具確吸收能量,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zui大允許壓差。
5.介質(zhì)在“流開”狀態(tài)下工作,允許壓差比“流閉”狀態(tài)大三倍多。