控制阀流量特性改进及选用

控制阀流量特性改进及选用

张文强 1 刘汭霖 2

山西建工申华暖通设备有限公司 山西省阳泉市 045000

摘要：目前，阀门使用单位以及制造企业使用不同的阀座泄漏率测试标准，造成标准引用混乱，不利于不同阀门制造企业之间的实力对比，也不利于阀门使用单位对不同制造企业在同一标准下进行产品性能优劣的评估。文章为解决工程领域内特殊气体流量控制及粗略测量的问题，设计了一种简单的标定方法和装置，使用无污染无腐蚀性的氮气作为标定用气体，通过质量流量控制器串联调节阀的方法，对调节阀流量特性曲线进行标定，得到标定气体下调节阀开度对应当量孔径的曲线。

关键词：控制阀；流量特性；改进；选用

引言

阀门是过程控制中重要的终端执行单元。调节阀的好坏直接影响系统质量。因此，如何选择一台品质优良的阀门已成为设计院或最终用户在系统设计阶段的一项重要工作。在阀门选型的各项参数中，阀座泄漏量是必须考虑的一项技术参数。不同的阀门类型，用于衡量阀座泄漏量的技术参数不同;不同的阀座泄漏率标准，最终计算的阀座泄漏量数据也不同。由于用户执行不同的泄漏率标准，使阀门的制造成本差距较大。而用户出于不同的过程控制要求，对阀门泄漏量的实际需求也各不一样。面对不同的阀门泄漏率标准，用户如何选择适用的执行标准?首先需要对各个标准有比较全面的了解。

1流量控制阀概述

1.1流量控制阀的定义以及常见种类

流量控制阀又被称为自力式流量调节阀、流量平衡阀以及静态平衡阀等多个名称，它是一种非常直观且便捷的流量调节控制装置，他的主要作用就是自动地消除管线内剩余压头及压力波动所引起的流量偏差，保持液压系统内液体压力保持均匀不变，是液压传动系统以及有流体参与工作的各项系统中的重要组成部分。流量控制阀按照具体的用途可以分为以下几个类型：第一类，节流阀。在调节节流口面积后，能使载荷压力变化不大和运动均匀性要求不高的执行元件的运动速度基本上保持稳定。第二类，调速阀。在载荷压力变化时能保持节流阀的进出口压差为定值，使其在节流口面积调定以后，不论载荷压力如何变化，调速阀都能保持通过节流阀的流量不变，从而使执行元件的运动速度稳定，满足整个传动系统工作的有效性。第三类，分流阀。不论载荷大小，能使同一油源的两个执行元件得到相等流量的为等量分流阀或同步阀；得到按比例分配流量的为比例分流阀。第四类，集流阀。作用与分流阀相反，使流入集流阀的流量按比例分配，将各个分流阀进行有机关联。第五类，分流集流阀。兼具分流阀和集流阀两种功能。

1.2流量控制阀的工作原理

现如今，为了更好地对液压传动系统的液体流量进行控制，流量控制阀基本都具有了数显功能，人们可以通过数显窗口较为直观地观测流量变化数值，提升对流量控制的精确性。而关于数显的流量控制阀，它的主要结构有自动阀芯和手动阀芯。流量控制阀的显示部分主要由电子计算器显示器、流量阀机芯以及传感器发讯器等组合而成，它的工作原理也较为复杂。当被测的水流在流经阀门的时候，水流会冲击到机芯里面的二轮，然后二轮中的叶轮就会旋转起来。二轮在旋转之后就会与传感器发生感应，就会使传感器发出一定的电讯号（一般这个电讯号都是与流量成正比关系的），这个电讯号之后就会通过导线顺势进入到电子计算器之中，然后电子计算器就会对它进行处理和计算，最后就会显示出来。由于手动的阀芯是用来对流量进行调节的。所以，可以根据上面所说的显示的数据来对流量值进行调节。当自动阀芯在自动维持恒定的流量的时候，即便是外界的管网压力发生变化也不会影响到自动阀芯保持数值的不变。

1.3流量控制阀的特点

在液压与气压传动系统中，流量控制阀具有以下特点，第一，流量控制阀本身的灵敏度非常高，在实际应用中较为容易控制。第二，流量控制阀本身是非常安全可靠的，具体调试非常简单，且环境适应性非常强，如果使用得当且保养良好的情况下其使用寿命将会非常长。第三，结合流量控制阀自身结构特点，在没有连接电源的情况下，其本身也可以自动实现流量的平衡，可以保证液压系统的长效稳定。第四，流量控制阀有最小工作量的要求，一般来说，如果产品所有要求的最小工作压差是20KPa的话，就需要采用近端安装的方式进行控制。第五，流量控制阀做到了克服系统中冷热不均的现象，在一定程度上提升了流量控制阀的应用范围。

2液压控制阀内漏的分析与建议

2.1内漏原因分析

2.1.1密封面侵蚀

在阀前压力相同的工况下，蒸汽经阀笼后进入阀内的流速最高，对阀芯和阀座的侵蚀和磨损会更大。对于超临界机组的锅炉，因为高温受热面的用材，如P91，TP47H(奥氏体不锈钢)，在高温高压的过热蒸汽作用下会在受热面的表面产生氧化皮，并会随着蒸汽携带而移动，一旦经过阀门就会对阀门的阀芯和阀座造成侵蚀。实践表明:携带氧化皮颗粒的蒸汽比纯蒸汽的侵蚀要严重得多。在机组的启/停、超温、减温喷水等都会因这种冷热变化的扰动，带出大量的氧化皮。高压旁路减压阀最小开度限位较小，若最小开度小于10%则会增加蒸汽对阀内的侵蚀。高压旁路减压阀和低压旁路减压阀都有受蒸汽颗粒侵蚀的危险，高压旁路减压阀内漏隐患最大，其次为低压旁路减压阀。而361阀阀前压力虽高，但因温度较低，介质是水/汽两相流，且大部分为水，所以侵蚀力最小。

2.1.2压紧力不足

高压旁路减压阀的液压油站上进行在线液压加载试验，将压力从16.0MPa依次增加0.5MPa直到17.5MPa，最终设置在17.0MPa。结果表明:低负荷时阀门不漏，而高负荷至450MW以上时，阀门出现内漏。但将高压旁路减压阀改造成用预启阀结构式的阀芯后，可以有效避免阀门内漏。

2.1.3密封件受损

液压控制阀都有3处密封件:阀杆与阀杆密封组件间、阀芯与笼罩密封组件间和阀芯与阀座间密封组件间。这3处的密封件如破损、不密封或移位，都会引起阀门内漏。原设计阀芯密封面有一凸面，对应的阀座有一凹面，而实际接触密封的只有一条“线”，故阀芯与阀座的密封为线密封。低压旁路减压阀始终未有内漏，主要原因是它和高压旁路减压阀有联动逻辑关系且其开度较大。系统冲洗充分干净。因此，低压旁路减压阀在机组运行中少有发生内漏。

2.2运行与维护的建议

2.2.1运行建议

阀门在初期投运时，要保持大流量的冲洗以消除系统中的垃圾和杂质。特别是对高压旁路减压阀的最小开度设定应大于10%，而低压旁路减压阀在开逻辑上需保证设计要求。机组负荷的升和降应严格控制升、降温率＜2℃/min，严禁超温或超压运行。

2.2.2检修建议

要加强对阀门密封件质量的管控，特别是在维修中的处理，对工艺流程与加工精度都要严格把关。阀内笼罩应采用具有迷宫式的笼罩，其因有多级降压的作用，可大幅减小气流的侵蚀速度。阀门的密封面宜采用面密封形式。阀芯应采用预启阀结构形式。在阀芯与阀座的结合部位用阀芯为凹面，阀座为凸面的密封形式也有利于缓解蒸汽的侵蚀。

结束语

流量特性在线可调的调节阀是一种新型的调节阀。其核心技术在于，通过两层套筒实现对节流窗口形状的有限次数的调整，从而实现对调节阀流量特性的在线调节。采用具有单层节流窗口的外套筒和多层节流窗口的内套筒，通过驱动内套筒相对外套筒轴向运动实现内外不同节流窗口间的重合，从而调整节流窗口形状。

参考文献

［1］陆培文．实用阀门设计手册［M］．北京:机械工业出版社，2002．

［2］杨源泉．阀门设计手册［M］．北京:机械工业出版社，1992．

［3］钱锦远，金志江，李文庆．阀门设计与选用基础［M］．杭州:浙江大学出版社，2019．