小流量調節閥內外概況
小流量調節閥內外概況
南化公司研究院 徐霖
一、小流量調節閥的特點
所謂小流量調節閥，顧名思義，就是流通能力很小的調節閥。
閥門的流通能力是在統一條件下的閥門容量指標。我用C 值表示 。其定義為：閥門全開時，當閥前后壓差為1公斤／厘米 2 ，介質重度為1克／厘米 3 時 ，每小時流過閥門的介質量(米 3 ／時)。對于不可壓縮流體，在充分湍流的狀態下(雷諾數足夠大時，對于水Re>10 5 ；對空氣Re>5 ．5 ×10 4 )
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式中：
△p——閥前后壓差(公斤／厘米 2 ) Υ——介質重度(克／厘米 3 )
Q 一 介質流量(米 3 ／時)
美等家用C， 值表示 閥門的流通能力。際上*的，主要有關電的I、E、C標準中用Av 值表示 閥門的流通能力。三者換算關系如下：
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構。在計算所需的閥門流通能力時，應注意介質不同或流動條件不同時， 閥內流動 狀態會有很大的差異。
在小流量情況下，尤其是粘性流體和低壓下工作時，流體的主約束往往是層流或層流和湍流的混合態。層流時，經過閥門的介質流量和閥前后壓差呈線性關系。而在層流和湍流混合態下，隨著雷諾數的增加，即使壓差不變，流經閥門的介質量也會增加。在*湍流時，流量才不隨雷諾數變化而變化。盡管如此，選擇小流量調節閥，仍然用傳統
的方法和計算公式進行。但是其計算值和實際值偏離很大，據資料介紹在 Cv =O．01以下時，它只是作為一個容量指標，有參考意義而已。實際流通能力應根據經驗確定。
隨著流通能力減小，閥門的可調比將下降。但Z少也能保證10:l到15:1之間，如果可調比再小，就難以進行流量的調節。
閥門在串聯使用時，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，直線性會變成快 開特性，而喪失調節能力。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，對等百分比特性，實際上也就沒有必要。從制造的角度來說， Cv =O．05以下時，也不可能再產生等百分比的側面形狀。因此，對小流量 閥主要 的問題是如何將流量控制在所需要的范圍之內。
從經濟效果出發，使用者希望一個閥門可同時用于截流和調節，現在也是可以做到的。但對于調節閥來說，主要是實現對流量的控制，關閉是次要的。認為小流量閥本身流量很小，在關閉時很容易實現截流，是錯誤的。外對小流量調節閥泄漏量一般也做了規定。例如上海石化總廠塑料廠引進的美柏捷爾( Bodger )公司的科研用氣動薄膜式調節 閾 ，其 Cv 值為10 一 ，該閥門的泄漏 量規定 為：在3 ．5 公斤／厘米。氣壓下，泄漏量為Z大流量的1 ％ 以下。
二、小流量調節閥的種類
由于氣動調節閥有本質防爆、性能可＊等點，內外調節閥目前仍以氣動為主。
過去，內正式供應的小流量調節閥。只有上海自動化儀表七廠的ZMBP~IOO 犁 氣動薄膜調節閥，Z使用壓力可達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，上面刻有一道或數道V 型槽 ，閥桿行程6毫米，閥門無配套 的定位器，因此控制度較差。
近年來，我也引進了一小流量調節閥。如燕山石油化學總公司向陽化工廠加氫裝置上使用的日本進口氣動薄膜閥，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的柏捷爾公司科 研用調節閥(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是結構簡單，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，圓柱開槽型的閥芯，在特性化方面比圓錐形，它可以通過改變 槽深來獲得 設計特性，但后者調節可＊性，因為通過閥門的流體，分布在閥芯截面的整個圓周上。這種閥門常用在度要求不很的場合。但容量度和特性的重現性較差。
閥門流通能力，主要取決于流孔直徑，對于一個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～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 。
文獻中報導過三種類型的短行程調節 閥。其一，閥芯是一顆人造藍寶石球。閥座 是一個硬質金屬小孔，用膜頭頂端的螺絲可 以調整薄膜的Z大行程，執行機構有可變 的氣動反饋，因此對應于3～15磅／時 2 的信號壓力，流通能力可以從0 ．07 ～0.00007( Cv 值)。另一種形式的短行程調節閥，可用于 壓條件，它的閥芯是錐形的．由執行機構的 驅動臂，通過一個 轉動另件旋轉 帶螺紋的閥 桿轉一個 角度，從而達到縮短行程的目的。 導向螺紋的螺距為每英寸 ll ～32牙，轉動桿旋轉角度一般是15～60°，閥芯行程一般為 0·02--0·005英寸(合O．508～1 ．27 毫米)。因為在不同溫度下熱膨脹不同，閥芯會產生顯著誤差，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 )公司供應的安妮( Annin )調節閥，據了解是外廣泛采用，被認為是Z宜于科研用的一
種小流量調節閥。這種調節閥特別適用于壓條件，Z進口壓力可達50，000磅／時 ２ (約為3500公斤／厘米 ２ )，它的閥芯是錐度 極小的錐形針，通過一套連桿機構可以使閥 行程減小到O．15～0 ．0 l英寸。
為改變我小流量調節閥落后狀況，滿足科研、供應的需要，近年來南京化學工業公司研究院研制成功了QSW一 320 型氣動活塞式微小流量調節閥、DXT—160 型步進 式控制小流量調節閥及QMXK一 320 型氣動薄膜式小流量調節閥。QSW～320型調節閥是一種廿 J變、短行程調節閥。其主要特點是：1．流通能力小(Z小可達C=１０ －６ )；2．在不
更換閥芯、閥座的情況下，可以在一個相當寬廣的范圍內任意調整閥門的流通能力， 3．既可氣開、又可氣關動作；4．輸出推力大，可用于壓、超壓。由于備上述特點，該閥門在條件多變，控制要求的場合，有其它類型的調節閥*的越性。但該閥門結構復雜、體積大、造價，是其不足之處。
其主要技術參數和性能指標見表 一 。
主要技術參數
主要性能指標
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．始終點偏差：＜ ±１％
５．可調比：１０～１５
５．全行程偏差：＜２．５％
DXT~160 型步進式控制小流量調節閥由BTL—02型調節器和L99SA~160P型步進電機調節閥組成。主要特點是使用方便、體積小。用于慣性小的對象有超調量小、平衡時j短、無余差等點。但由于采用純積分調節規律，該閥不適用于慣性大的系統；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合。其主要性能指標見表二。
BTL-02型調節器
L99SA—160P 型進電機 調節閥
輸入信號０～１０ Ma（直流）
進口壓力 ≤160kg/cm 2
不靈敏區 ≤±0.5%
出口壓力 ≤30
給定值度 ≤±０．５％
流通能力 C=10 -2 ～ １０ －４
可調比１５～４０
以上兩種閥門均已通過部級鑒定、并開始批量供應。
QMXK--320型氣動薄膜小流量調節閥，系在常規的小流量調節閥上配備 了頂裝滑閥式定位器，從而提了執行機構輸出力和閥門度。該閥門也已通過部級鑒定，即將開始批量供應。從而為我提供了一種的、體積小、推力大、與上述兩種調節閥相比造價也較低的氣動小流量調節閥。
其主要技術參數和性能指標見表三。
主要技術參數
主要性能指標
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.起始點偏差<1.5%
4.可調比：R≥10
4.靈敏度<0.3%
5.閥門動作方式： 氣開
三、壓差對閥芯、閥座的要求
對于壓小流量調節閥，還必須考慮由主于壓和壓 差帶來 的一系列問題。如執行機構必須有足夠的輸出力，以克服介質的不平衡力，閥門零件強度問題，壓密封問題，而 Z 關鍵的是閥芯、閥座的材質和加工問題。
壓調節閥閥芯、閥座損壞原因很復雜，這力面的理論不盡相同，但普遍引起重視的是速液(氣)流相對閥芯、閥座運動引起的沖刷現象(亦 稱速度 效應)和液體介質在壓差下的氣 蝕現象 。前者損壞形式是與流線有一定關系的沖刷痕跡，后者則是海綿狀孔洞。
在有氣 蝕 產生的場合下，如果閥芯，閥座材質選用不當，少則兒天，多則幾個月，閥門就將報廢。
解決氣 蝕問題應從哥求 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．改進閥芯，閥座設計，使其有合理的液流速度分布和壓力分布。如小流量調節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 結構確吸收能量，減小氣蝕的功能，據資料報導，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。3。閥門串聯使用，以減小每個閥的壓降。4．使閥前后壓差低于該介質在調節閥入口溫度下產生汽蝕現象的Z大允許壓差。5．介質在“流開"狀態下工作，允許壓差比“流閉"狀態大三倍多。
