小流量调节阀内外概况
时间：2007-12-19 阅读：713
小流量调节阀内外概况
小流量调节阀内外概况
南化公司研究院 徐霖
一、小流量调节阀的特点
所谓小流量调节阀，顾名思义，就是流通能力很小的调节阀。
阀门的流通能力是在统一条件下的阀门容量指标。我用C 值表示 。其定义为：阀门全开时，当阀前后压差为1公斤／厘米 2 ，介质重度为1克／厘米 3 时 ，每小时流过阀门的介质量(米 3 ／时)。对于不可压缩流体，在充分湍流的状态下(雷诺数足够大时，对于水Re>10 5 ；对空气Re>5 ．5 ×10 4 )
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式中：
△p——阀前后压差(公斤／厘米 2 ) Υ——介质重度(克／厘米 3 )
Q 一 介质流量(米 3 ／时)
美等家用C， 值表示 阀门的流通能力。际上*的，主要有关电的I、E、C标准中用Av 值表示 阀门的流通能力。三者换算关系如下：
Cv =1 ．17 C Cv =10 6 /24Av C=10 6 /28Av
阀门的流通能力仅仅取决于阀本身的结构。在计算所需的阀门流通能力时，应注意介质不同或流动条件不同时， 阀内流动 状态会有很大的差异。
在小流量情况下，尤其是粘性流体和低压下工作时，流体的主约束往往是层流或层流和湍流的混合态。层流时，经过阀门的介质流量和阀前后压差呈线性关系。而在层流和湍流混合态下，随着雷诺数的增加，即使压差不变，流经阀门的介质量也会增加。在*湍流时，流量才不随雷诺数变化而变化。尽管如此，选择小流量调节阀，仍然用传统
的方法和计算公式进行。但是其计算值和实际值偏离很大，据资料介绍在 Cv =O．01以下时，它只是作为一个容量指标，有参考意义而已。实际流通能力应根据经验确定。
随着流通能力减小，阀门的可调比将下降。但Z少也能保证10:l到15:1之间，如果可调比再小，就难以进行流量的调节。
阀门在串联使用时，随着 开度变化 ，阀前后压差也有变化，因此使阀门的工作特性曲线偏离理想特性。如果管路阻力大，直线性会变成快 开特性，而丧失调节能力。等百分比特性将变成直线特性。小流量情况下，由于很少有管路阻力，上述特性畸变就不大了，对等百分比特性，实际上也就没有必要。从制造的角度来说， Cv =O．05以下时，也不可能再产生等百分比的侧面形状。因此，对小流量 阀主要 的问题是如何将流量控制在所需要的范围之内。
从经济效果出发，使用者希望一个阀门可同时用于截流和调节，现在也是可以做到的。但对于调节阀来说，主要是实现对流量的控制，关闭是次要的。认为小流量阀本身流量很小，在关闭时很容易实现截流，是错误的。外对小流量调节阀泄漏量一般也做了规定。例如上海石化总厂塑料厂引进的美柏捷尔( Bodger )公司的科研用气动薄膜式调节 阈 ，其 Cv 值为10 一 ，该阀门的泄漏 量规定 为：在3 ．5 公斤／厘米。气压下，泄漏量为Z大流量的1 ％ 以下。
二、小流量调节阀的种类
由于气动调节阀有本质防爆、性能可＊等点，内外调节阀目前仍以气动为主。
过去，内正式供应的小流量调节阀。只有上海自动化仪表七厂的ZMBP~IOO 犁 气动薄膜调节阀，Z使用压力可达100公斤／厘米 2 ，额定的流通能力C 值可以 从0 ．05 到O·0012。其阀座孔径为3毫米，阀芯为圆柱形，上面刻有一道或数道V 型槽 ，阀杆行程6毫米，阀门无配套 的定位器，因此控制度较差。
近年来，我也引进了一小流量调节阀。如燕山石油化学总公司向阳化工厂加氢装置上使用的日本进口气动薄膜阀，流通能 力约为0·001，阀芯为带有缺口的圆柱形。又 如上海石化总厂塑料厂引进的柏捷尔公司科 研用调节阀(工作压力为300公斤／厘米 2 阀杆行程7／16英寸，阀芯为圆锥形，该阀 门带有摩尔公司 的顶装定位器 )。
上述这类阀门的特点是结构简单，重量轻。常用的阀座孔径为1／8～1／4英寸(约为3·17-6 ．35 毫米)，阀杆行程为1／4～l／2英寸(合6 ． 35～12 ．7 毫米)。这类阀门的流量能力Z小可以做到O．00006，以至更小。
一般地说，圆柱开槽型的阀芯，在特性化方面比圆锥形，它可以通过改变 槽深来获得 设计特性，但后者调节可＊性，因为通过阀门的流体，分布在阀芯截面的整个圆周上。这种阀门常用在度要求不很的场合。但容量度和特性的重现性较差。
阀门流通能力，主要取决于流孔直径，对于一个1／16英寸的流孔，理论上的 Cv 值约为0·06，或者说只是接近小流量的上限。要进～步减小流量，必须从根本上减小阀芯的行程或约束流孔 的开度 。
文献中报导过三种类型的短行程调节 阀。其一，阀芯是一颗人造蓝宝石球。阀座 是一个硬质金属小孔，用膜头顶端的螺丝可 以调整薄膜的Z大行程，执行机构有可变 的气动反馈，因此对应于3～15磅／时 2 的信号压力，流通能力可以从0 ．07 ～0.00007( Cv 值)。另一种形式的短行程调节阀，可用于 压条件，它的阀芯是锥形的．由执行机构的 驱动臂，通过一个 转动另件旋转 带螺纹的阀 杆转一个 角度，从而达到缩短行程的目的。 导向螺纹的螺距为每英寸 ll ～32牙，转动杆旋转角度一般是15～60°，阀芯行程一般为 0·02--0·005英寸(合O．508～1 ．27 毫米)。因为在不同温度下热膨胀不同，阀芯会产生显著误差，因此这种 阀限制使用在300＂F以下，为 保证闽位度 ，阀门装有定位器。
美 梅森乃南 ( Masoneilan )公司供应的安妮( Annin )调节阀，据了解是外广泛采用，被认为是Z宜于科研用的一
种小流量调节阀。这种调节阀特别适用于压条件，Z进口压力可达50，000磅／时 ２ (约为3500公斤／厘米 ２ )，它的阀芯是锥度 极小的锥形针，通过一套连杆机构可以使阀 行程减小到O．15～0 ．0 l英寸。
为改变我小流量调节阀落后状况，满足科研、供应的需要，近年来南京化学工业公司研究院研制成功了QSW一 320 型气动活塞式微小流量调节阀、DXT—160 型步进 式控制小流量调节阀及QMXK一 320 型气动薄膜式小流量调节阀。QSW～320型调节阀是一种廿 J变、短行程调节阀。其主要特点是：1．流通能力小(Z小可达C=１０ －６ )；2．在不
更换阀芯、阀座的情况下，可以在一个相当宽广的范围内任意调整阀门的流通能力， 3．既可气开、又可气关动作；4．输出推力大，可用于压、超压。由于备上述特点，该阀门在条件多变，控制要求的场合，有其它类型的调节阀*的越性。但该阀门结构复杂、体积大、造价，是其不足之处。
其主要技术参数和性能指标见表 一 。
主要技术参数
主要性能指标
１．公称通径： Dg 3
１．非线性偏差：＜ ±２％
２．公称压力：３２０ kg/cm 2
２．正反行程变差：＜１％
３．阀杆行程：３．８～０．２５
３．灵敏度：＜０．３％
４．流通能力：Ｃ＝１０ －８ ～１０ －６
４．始终点偏差：＜ ±１％
５．可调比：１０～１５
５．全行程偏差：＜２．５％
DXT~160 型步进式控制小流量调节阀由BTL—02型调节器和L99SA~160P型步进电机调节阀组成。主要特点是使用方便、体积小。用于惯性小的对象有超调量小、平衡时j短、无余差等点。但由于采用纯积分调节规律，该阀不适用于惯性大的系统；由于输出力矩小，阀门出口压力不得大于30kg／cm。；并且不宜用于易燃易爆的场合。其主要性能指标见表二。
BTL-02型调节器
L99SA—160P 型进电机 调节阀
输入信号０～１０ Ma（直流）
进口压力 ≤160kg/cm 2
不灵敏区 ≤±0.5%
出口压力 ≤30
给定值度 ≤±０．５％
流通能力 C=10 -2 ～ １０ －４
可调比１５～４０
以上两种阀门均已通过部级鉴定、并开始批量供应。
QMXK--320型气动薄膜小流量调节阀，系在常规的小流量调节阀上配备 了顶装滑阀式定位器，从而提了执行机构输出力和阀门度。该阀门也已通过部级鉴定，即将开始批量供应。从而为我提供了一种的、体积小、推力大、与上述两种调节阀相比造价也较低的气动小流量调节阀。
其主要技术参数和性能指标见表三。
主要技术参数
主要性能指标
1.公称通径：Dg 3
1.非线性偏差<±1.5%
2.公称压力：320kg/cm 2
2.正反行程变差<1.5%
3.流通能力：C=2.5×10 -9
3.起始点偏差<1.5%
4.可调比：R≥10
4.灵敏度<0.3%
5.阀门动作方式： 气开
三、压差对阀芯、阀座的要求
对于压小流量调节阀，还必须考虑由主于压和压 差带来 的一系列问题。如执行机构必须有足够的输出力，以克服介质的不平衡力，阀门零件强度问题，压密封问题，而 Z 关键的是阀芯、阀座的材质和加工问题。
压调节阀阀芯、阀座损坏原因很复杂，这力面的理论不尽相同，但普遍引起重视的是速液(气)流相对阀芯、阀座运动引起的冲刷现象(亦 称速度 效应)和液体介质在压差下的气 蚀现象 。前者损坏形式是与流线有一定关系的冲刷痕迹，后者则是海绵状孔洞。
在有气 蚀 产生的场合下，如果阀芯，阀座材质选用不当，少则儿天，多则几个月，阀门就将报废。
解决气 蚀问题应从哥求 避免气蚀的方法和 耐气蚀的材料着手，避免气蚀的方法有几种。1．改进阀芯，阀座设计，使其有合理的液流速度分布和压力分布。如小流量调节阀采用狭长通道式阀芯、阀座。阀芯、阀座孔都有很小的锥度，适用于在恒定的上游压力条件下地控制流量。由于这种 结构确吸收能量，减小气蚀的功能，据资料报导，它曾用于4200公斤／厘米 ２ 的压降下。2、在 条件充许的情况下，在液流中充气，以局部地或全部地消除低压区。3。阀门串联使用，以减小每个阀的压降。4．使阀前后压差低于该介质在调节阀入口温度下产生汽蚀现象的Z大允许压差。5．介质在“流开”状态下工作，允许压差比“流闭”状态大三倍多。
南化公司研究院 徐霖
一、小流量调节阀的特点
所谓小流量调节阀，顾名思义，就是流通能力很小的调节阀。
阀门的流通能力是在统一条件下的阀门容量指标。我用C 值表示 。其定义为：阀门全开时，当阀前后压差为1公斤／厘米 2 ，介质重度为1克／厘米 3 时 ，每小时流过阀门的介质量(米 3 ／时)。对于不可压缩流体，在充分湍流的状态下(雷诺数足够大时，对于水Re>10 5 ；对空气Re>5 ．5 ×10 4 )
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式中：
△p——阀前后压差(公斤／厘米 2 ) Υ——介质重度(克／厘米 3 )
Q 一 介质流量(米 3 ／时)
美等家用C， 值表示 阀门的流通能力。际上*的，主要有关电的I、E、C标准中用Av 值表示 阀门的流通能力。三者换算关系如下：
Cv =1 ．17 C Cv =10 6 /24Av C=10 6 /28Av
阀门的流通能力仅仅取决于阀本身的结构。在计算所需的阀门流通能力时，应注意介质不同或流动条件不同时， 阀内流动 状态会有很大的差异。
在小流量情况下，尤其是粘性流体和低压下工作时，流体的主约束往往是层流或层流和湍流的混合态。层流时，经过阀门的介质流量和阀前后压差呈线性关系。而在层流和湍流混合态下，随着雷诺数的增加，即使压差不变，流经阀门的介质量也会增加。在*湍流时，流量才不随雷诺数变化而变化。尽管如此，选择小流量调节阀，仍然用传统
的方法和计算公式进行。但是其计算值和实际值偏离很大，据资料介绍在 Cv =O．01以下时，它只是作为一个容量指标，有参考意义而已。实际流通能力应根据经验确定。
随着流通能力减小，阀门的可调比将下降。但Z少也能保证10:l到15:1之间，如果可调比再小，就难以进行流量的调节。
阀门在串联使用时，随着 开度变化 ，阀前后压差也有变化，因此使阀门的工作特性曲线偏离理想特性。如果管路阻力大，直线性会变成快 开特性，而丧失调节能力。等百分比特性将变成直线特性。小流量情况下，由于很少有管路阻力，上述特性畸变就不大了，对等百分比特性，实际上也就没有必要。从制造的角度来说， Cv =O．05以下时，也不可能再产生等百分比的侧面形状。因此，对小流量 阀主要 的问题是如何将流量控制在所需要的范围之内。
从经济效果出发，使用者希望一个阀门可同时用于截流和调节，现在也是可以做到的。但对于调节阀来说，主要是实现对流量的控制，关闭是次要的。认为小流量阀本身流量很小，在关闭时很容易实现截流，是错误的。外对小流量调节阀泄漏量一般也做了规定。例如上海石化总厂塑料厂引进的美柏捷尔( Bodger )公司的科研用气动薄膜式调节 阈 ，其 Cv 值为10 一 ，该阀门的泄漏 量规定 为：在3 ．5 公斤／厘米。气压下，泄漏量为Z大流量的1 ％ 以下。
二、小流量调节阀的种类
由于气动调节阀有本质防爆、性能可＊等点，内外调节阀目前仍以气动为主。
过去，内正式供应的小流量调节阀。只有上海自动化仪表七厂的ZMBP~IOO 犁 气动薄膜调节阀，Z使用压力可达100公斤／厘米 2 ，额定的流通能力C 值可以 从0 ．05 到O·0012。其阀座孔径为3毫米，阀芯为圆柱形，上面刻有一道或数道V 型槽 ，阀杆行程6毫米，阀门无配套 的定位器，因此控制度较差。
近年来，我也引进了一小流量调节阀。如燕山石油化学总公司向阳化工厂加氢装置上使用的日本进口气动薄膜阀，流通能 力约为0·001，阀芯为带有缺口的圆柱形。又 如上海石化总厂塑料厂引进的柏捷尔公司科 研用调节阀(工作压力为300公斤／厘米 2 阀杆行程7／16英寸，阀芯为圆锥形，该阀 门带有摩尔公司 的顶装定位器 )。
上述这类阀门的特点是结构简单，重量轻。常用的阀座孔径为1／8～1／4英寸(约为3·17-6 ．35 毫米)，阀杆行程为1／4～l／2英寸(合6 ． 35～12 ．7 毫米)。这类阀门的流量能力Z小可以做到O．00006，以至更小。
一般地说，圆柱开槽型的阀芯，在特性化方面比圆锥形，它可以通过改变 槽深来获得 设计特性，但后者调节可＊性，因为通过阀门的流体，分布在阀芯截面的整个圆周上。这种阀门常用在度要求不很的场合。但容量度和特性的重现性较差。
阀门流通能力，主要取决于流孔直径，对于一个1／16英寸的流孔，理论上的 Cv 值约为0·06，或者说只是接近小流量的上限。要进～步减小流量，必须从根本上减小阀芯的行程或约束流孔 的开度 。
文献中报导过三种类型的短行程调节 阀。其一，阀芯是一颗人造蓝宝石球。阀座 是一个硬质金属小孔，用膜头顶端的螺丝可 以调整薄膜的Z大行程，执行机构有可变 的气动反馈，因此对应于3～15磅／时 2 的信号压力，流通能力可以从0 ．07 ～0.00007( Cv 值)。另一种形式的短行程调节阀，可用于 压条件，它的阀芯是锥形的．由执行机构的 驱动臂，通过一个 转动另件旋转 带螺纹的阀 杆转一个 角度，从而达到缩短行程的目的。 导向螺纹的螺距为每英寸 ll ～32牙，转动杆旋转角度一般是15～60°，阀芯行程一般为 0·02--0·005英寸(合O．508～1 ．27 毫米)。因为在不同温度下热膨胀不同，阀芯会产生显著误差，因此这种 阀限制使用在300＂F以下，为 保证闽位度 ，阀门装有定位器。
美 梅森乃南 ( Masoneilan )公司供应的安妮( Annin )调节阀，据了解是外广泛采用，被认为是Z宜于科研用的一
种小流量调节阀。这种调节阀特别适用于压条件，Z进口压力可达50，000磅／时 ２ (约为3500公斤／厘米 ２ )，它的阀芯是锥度 极小的锥形针，通过一套连杆机构可以使阀 行程减小到O．15～0 ．0 l英寸。
为改变我小流量调节阀落后状况，满足科研、供应的需要，近年来南京化学工业公司研究院研制成功了QSW一 320 型气动活塞式微小流量调节阀、DXT—160 型步进 式控制小流量调节阀及QMXK一 320 型气动薄膜式小流量调节阀。QSW～320型调节阀是一种廿 J变、短行程调节阀。其主要特点是：1．流通能力小(Z小可达C=１０ －６ )；2．在不
更换阀芯、阀座的情况下，可以在一个相当宽广的范围内任意调整阀门的流通能力， 3．既可气开、又可气关动作；4．输出推力大，可用于压、超压。由于备上述特点，该阀门在条件多变，控制要求的场合，有其它类型的调节阀*的越性。但该阀门结构复杂、体积大、造价，是其不足之处。
其主要技术参数和性能指标见表 一 。
主要技术参数
主要性能指标
１．公称通径： Dg 3
１．非线性偏差：＜ ±２％
２．公称压力：３２０ kg/cm 2
２．正反行程变差：＜１％
３．阀杆行程：３．８～０．２５
３．灵敏度：＜０．３％
４．流通能力：Ｃ＝１０ －８ ～１０ －６
４．始终点偏差：＜ ±１％
５．可调比：１０～１５
５．全行程偏差：＜２．５％
DXT~160 型步进式控制小流量调节阀由BTL—02型调节器和L99SA~160P型步进电机调节阀组成。主要特点是使用方便、体积小。用于惯性小的对象有超调量小、平衡时j短、无余差等点。但由于采用纯积分调节规律，该阀不适用于惯性大的系统；由于输出力矩小，阀门出口压力不得大于30kg／cm。；并且不宜用于易燃易爆的场合。其主要性能指标见表二。
BTL-02型调节器
L99SA—160P 型进电机 调节阀
输入信号０～１０ Ma（直流）
进口压力 ≤160kg/cm 2
不灵敏区 ≤±0.5%
出口压力 ≤30
给定值度 ≤±０．５％
流通能力 C=10 -2 ～ １０ －４
可调比１５～４０
以上两种阀门均已通过部级鉴定、并开始批量供应。
QMXK--320型气动薄膜小流量调节阀，系在常规的小流量调节阀上配备 了顶装滑阀式定位器，从而提了执行机构输出力和阀门度。该阀门也已通过部级鉴定，即将开始批量供应。从而为我提供了一种的、体积小、推力大、与上述两种调节阀相比造价也较低的气动小流量调节阀。
其主要技术参数和性能指标见表三。
主要技术参数
主要性能指标
1.公称通径：Dg 3
1.非线性偏差<±1.5%
2.公称压力：320kg/cm 2
2.正反行程变差<1.5%
3.流通能力：C=2.5×10 -9
3.起始点偏差<1.5%
4.可调比：R≥10
4.灵敏度<0.3%
5.阀门动作方式： 气开
三、压差对阀芯、阀座的要求
对于压小流量调节阀，还必须考虑由主于压和压 差带来 的一系列问题。如执行机构必须有足够的输出力，以克服介质的不平衡力，阀门零件强度问题，压密封问题，而 Z 关键的是阀芯、阀座的材质和加工问题。
压调节阀阀芯、阀座损坏原因很复杂，这力面的理论不尽相同，但普遍引起重视的是速液(气)流相对阀芯、阀座运动引起的冲刷现象(亦 称速度 效应)和液体介质在压差下的气 蚀现象 。前者损坏形式是与流线有一定关系的冲刷痕迹，后者则是海绵状孔洞。
在有气 蚀 产生的场合下，如果阀芯，阀座材质选用不当，少则儿天，多则几个月，阀门就将报废。
解决气 蚀问题应从哥求 避免气蚀的方法和 耐气蚀的材料着手，避免气蚀的方法有几种。1．改进阀芯，阀座设计，使其有合理的液流速度分布和压力分布。如小流量调节阀采用狭长通道式阀芯、阀座。阀芯、阀座孔都有很小的锥度，适用于在恒定的上游压力条件下地控制流量。由于这种 结构确吸收能量，减小气蚀的功能，据资料报导，它曾用于4200公斤／厘米 ２ 的压降下。2、在 条件充许的情况下，在液流中充气，以局部地或全部地消除低压区。3。阀门串联使用，以减小每个阀的压降。4．使阀前后压差低于该介质在调节阀入口温度下产生汽蚀现象的Z大允许压差。5．介质在“流开”状态下工作，允许压差比“流闭”状态大三倍多。