调节阀选型指南之—流向的选择1

发布时间:2010-07-24  点击数:2252
    由于介质流动方向的改变,一是使得阀前后压力P1、P2对换,不平衡力作用方向或大小改变;二是介质对阀芯的绕流方向改变,使流形发生变化对液体的阻力不同。这些变化对阀的工作性能有什么影响呢?反过来,又怎样根据工作情况来选择调节阀的流向呢?
一、流向对工作性能的影响
    1)Ft作用方向改变对工作性能的影响
    对ds>dg的调节阀,不同流向可引起Ft作用方向的改变,它将带来如下影响:
      (1)对稳定性的影响:前面已经分析了,“-” Ft时阀门稳定,“+” Ft时稳定性差。
      (2)对阀芯密封性能的影响:“-” Ft时,阀芯密封力FO=F-Ft,“+” Ft时,不平衡力本身是将阀芯压闭的,从而增加了密封比压。可见前者密封力小,密封性能差;后者密封力大,密封性能好。
      (3)对许用压力、许用压差的影响:由于流向的改变,使阀杆端压力为P1或P2,前者不平衡力比后者小,使许用压力、许用压差改变,P1在阀杆端比P2在阀杆端[△P]大(ds<dg时=。在同样阀芯装配上,流闭型的许用压力、许用压差较流开型大(ds≤dg,因其输出力大)。
   2)体阻力改变对工作性能的影响
    为说明这一问题,首先从流体力学上分析一下流体对不同绕流物的阻力情况。在图5-4中,飞机机翼是在风洞里试验的,风速为210英里/小时。当圆头朝上时,阻力为1个单位;将机翼倒180°,使尖尾朝前,阻力则为前者的2倍。我们把前一情况模拟为流闭型,后一情况模拟为流开型,即可得到流闭型比流开型阻力小的结论。其主要原因在于大头朝前时产生的涡流区远小于大头向后产生的涡流区,因此大头向前的阻力小于大头向后的阻力。现在回到调节阀中,因流闭型阻力比流开型小,故流闭型的流量系数比流开型大,一般可提高10%~15%左右。同时,也提高了控制阀的可调范围。由于一般调节阀的流量系数、流量特性是在流开型状态下由试验确定的,即流开型具有标准的流量系数和理想流量特性。因此,选用流闭型可得到比标准流量系数大10%~15%。另一方面,因这一差别主要发生在大开度上,它可以补偿S值影响,就是说,流闭型大开度流量增加,适当地减小了特性曲线的畸变。

机    翼    阻    力    试    验 模   拟   阀   芯   节   流
试验条件 流动示意图 阻力单位 流        向 阻力
风速:210英里/小时从圆头往尖尾绕流 1
风速同上,从尖尾向圆头绕流 2

         图5-4   调节阀流阻力模拟

    3) 流动方向改变对使用寿命的影响
    由于介质流动方向改变,因而介质对阀芯、阀座产生的冲刷和汽蚀发生了变化。对流开型,介质从阀芯尖的一头往大的一端流动,冲刷和汽蚀直接作用在密封面上,同时,介质一旦经过节流口后,流速突然减慢,相当于突然扩大,使压力急剧回升,因此,汽蚀作用较强,致使密封面很快被破坏。故流开型使用寿命短。见图5-5(a)。对流闭型,与上述情况相反,汽蚀和冲刷主要作用在密封面下面。同时,介质需要流经阀座后才突然扩大使压力急剧回升。因此,在流经阀座通道过程中,相当于逐步扩大,压力恢复慢,减少了汽蚀的破坏。流出阀座后,压力急剧回升,汽蚀加剧,但是它基本上不作用在阀芯阀座密封面上。故流闭型使用寿命长。见图5-5(b)。实践证明,在严重冲刷和汽蚀条件下,选用流闭型比流开型使用寿命长1/4~1/2倍以上,若长期在小开度上工作,可相差数倍以上。
    4)不同流向对其工作性能的影响
    (1)对产生闪蒸的临界压差△Pc的影响。由于流闭型阻力小,流开型阻力大,因此,在节流时前者阻力小,压力恢复大,即压力损失小,后者阻力大,压力损失大。如果我们让压力下降的最低点正好等于该介质的饱和蒸气压Pv值,此时在阀门上的压降就正好等于产生闪蒸的临界压差△Pc,见图5-6。从图中我们可以明显地看出:流闭型△Pc1小,流开型△Pc2大,即流闭型比流开型易产生闪蒸。由计算:△Pc=FL2(P1-PV

          (a) 流闭型(b) 流开型                              5-6  流向对△Pc的影响
                           图5-5流向对阀芯使用寿命的影响图

     可见其中FL反映了压力在节流口的恢复程度。查表知道单座调节阀流闭型FL=0.8,流开型FL=0.9;角形阀流闭型FL=0.5~0.8,流开型FL=0.85~0.9。因此流闭型FL值小,故△Pc小。
    (2)对“自洁”作用性能的影响。对角形调节阀,流闭型介质往下流动(侧进底出),有冲刷和“清洗”的作用,故“自洁”作用好;流开型,介质往上流动(底进侧出),介质中的易沉淀物易堆积在上容腔死区内,造成堵塞现象,故“自洁”作用差。这就是调节阀用于易堵塞场合时应选流闭型的原因所在。
    (3)对阀杆密封性能的影响。当P2处于阀杆端时,阀杆密封性好,P1在阀杆端时,阀杆密封性较前者差,特别是在高压差时更为突出。