近年來(lái)在火力發(fā)電廠、石油化工等工業(yè)部門，流體壓力向更高的壓降方向發(fā)展，許多場(chǎng)合需要高壓降調(diào)節(jié)閥。常規(guī)調(diào)節(jié)閥滿足不了這方面的要求，因?yàn)楦咚倭黧w通過(guò)調(diào)節(jié)閥節(jié)流面，使閥內(nèi)件迅速?zèng)_蝕，從而造成調(diào)節(jié)閥失效。雖然閥內(nèi)組件采用抗沖蝕鈷基硬質(zhì)合金，減輕了沖蝕，但是使用效果仍然不能令人滿意。如采用17-4PH、455、610FM、硬化鉻不銹鋼等材料，盡管它們?cè)谀蜎_刷、耐高溫方面具有較好的性能，但是仍不能解決閥內(nèi)組件的沖蝕問(wèn)題。

   流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥，壓力降低到飽和蒸汽壓力以下，形成很多微小氣泡（稱為閃蒸），接著壓力回升并高于此飽和蒸汽壓力時(shí)，液體中的微小氣泡破裂（此過(guò)程稱為空化），所有的能量集中在破裂點(diǎn)上，產(chǎn)生極大的沖擊力，造成對(duì)調(diào)節(jié)閥的氣蝕，其結(jié)果造成調(diào)節(jié)閥報(bào)廢。在工作實(shí)踐中，管道設(shè)計(jì)師完全知道空化的破壞作用，并且千方百計(jì)避免空化發(fā)生。但是實(shí)際系統(tǒng)或系統(tǒng)設(shè)備的變化會(huì)改變系統(tǒng)的壓力條件，而使液體發(fā)生空化，其中破壞*嚴(yán)重的當(dāng)屬調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品。

   ??們知道噪音通常是高壓降的產(chǎn)物。考慮到有些噪音的不可避免性，特制訂了一些法規(guī)來(lái)限制工業(yè)噪音。調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)要符合這些法規(guī)。

   如前所述，材料的選擇不能解決空化問(wèn)題，還得直接從調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)解決，這是顯而易見(jiàn)的。開發(fā)一種新穎調(diào)節(jié)閥來(lái)滿足這些工況條件似乎是極端困難的，例如，消除高壓降調(diào)節(jié)閥的噪音本身是一項(xiàng)艱巨工作，不過(guò)，下面介紹的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，使用效果令人鼓舞，它是解決空化問(wèn)題的有效方法。

    2 降壓調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)原理

    實(shí)踐證明，不銹鋼經(jīng)受120m/s高速流體的沖刷，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，用壓力公式表示為：

   h=v²/2g=1202/2×9.8=734.7m≈7.1MPa（水）

    式中    h--水柱高度（m或MPa）
           v--流體速度（m/s）
           g--是重力加速度（9.8m/s2）

   也就是說(shuō)，壓力降等于7MPa左右。所以高壓流體的壓力必須逐級(jí)降低，每級(jí)限制在7MPa以內(nèi)。圖1（a）和圖1（b）是兩種調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，在調(diào)節(jié)閥壓降一定時(shí)，每級(jí)限制的壓力降與級(jí)數(shù)成比例關(guān)系。

   應(yīng)該指出，這兩種調(diào)節(jié)閥控制流體流動(dòng)的節(jié)流口與閥座表面是完全分開的，所以連續(xù)節(jié)流對(duì)零件的沖蝕不影響閥座的密封性。

   在圖1（a）的調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體通過(guò)**節(jié)流后，改變90°角度向下流動(dòng)，而在圖1（b）的調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體通過(guò)**節(jié)流后，改變60°角度向下流動(dòng)閥內(nèi)組件流出的液體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，水的密度增加，通過(guò)離心作用，迫使水沖擊管壁。重量較輕的氣泡仍保持在流體的中心，它們的破裂對(duì)管壁不造成破壞。在流體流動(dòng)過(guò)程中，流體以紊流的形式消耗高速流體的能量，防止空化產(chǎn)生。

   為了保證流通能力、流量特性，本設(shè)計(jì)改變閥芯開口槽在節(jié)流套筒中的位置并改變流體的流通面積，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。流體流通面積的設(shè)計(jì)具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是把流體破壞性的邊界速度維持在*小程度；二是設(shè)有一個(gè)*大的間隙通道，讓液體中的固體顆粒通過(guò)節(jié)流區(qū)域，把磨損減少到*小程度。

   高速流動(dòng)總是伴隨著巨大的噪音，流速低于120m/s，沒(méi)有噪音。所以設(shè)計(jì)上使液體通過(guò)調(diào)節(jié)閥的速度不超過(guò)120m/s，或者把壓降限制在7MPa以下，噪音不會(huì)很大。

    3 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)

   液體從閥芯上部流入閥內(nèi)，分成2股或3股向下流動(dòng)，方向改變90°或60°后逐級(jí)向下流動(dòng)，并且流動(dòng)方向每經(jīng)過(guò)**而改變一次。當(dāng)流體離開出口時(shí)，除了有向前運(yùn)動(dòng)的速度之外，還有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度。

   節(jié)流級(jí)數(shù)的多少取決于閥上的總壓降。**系數(shù)選擇大一點(diǎn)的話，每個(gè)節(jié)流級(jí)的壓降不超過(guò)5MPa。甚至為了使閥芯的扭距達(dá)到平衡，也要多加幾個(gè)節(jié)流級(jí)。閥座密封面呈角型以提高密封性，閥芯與節(jié)流襯套之間間隙要保持*小，這樣閥芯稍微打開，保證閥座密封面到節(jié)流級(jí)的壓降能有效地轉(zhuǎn)化成能量損失，閥芯再往上移動(dòng)，同時(shí)打開全部節(jié)流級(jí)的節(jié)流口，直到達(dá)到*大流量為止。

   設(shè)計(jì)這種調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)時(shí)，*主要是保證使用壽命長(zhǎng)，但也要考慮到維修簡(jiǎn)單。采用閥座與節(jié)流襯套緊配合結(jié)構(gòu)，并由套筒壓緊，實(shí)現(xiàn)拆卸方便。上閥蓋設(shè)有雙層填料結(jié)構(gòu)，節(jié)流襯套和上閥蓋之間用纏繞墊片密封，只要機(jī)加工公差保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，就可保證密封**嚴(yán)密。

   調(diào)節(jié)閥配用薄膜彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，公稱通徑DN25~DN80，采用非壓力平衡式的結(jié)構(gòu)，閥座與閥桿面積幾乎相等，所以不需要很大的推力。

   隨著現(xiàn)代機(jī)械加工方法的發(fā)展，任意形狀的開口槽都可加工。我們?cè)芯窟^(guò)許多不同形狀的開口槽，實(shí)踐表明，用常規(guī)的齒輪銑刀加工出的開口槽，它的流量特性接近于等百分比流量特性。由于存在著許多阻力，所以特性曲線也稍有變化，圖2是這種調(diào)節(jié)閥典型的流量特性曲線。

    4 應(yīng)用

   我們開發(fā)這種調(diào)節(jié)閥的主要目的是滿足火力發(fā)電廠高壓降的需要，此外，給水泵再循環(huán)、再熱器和過(guò)熱器的噴水降溫都需要這種調(diào)節(jié)閥。給水泵再循環(huán)大部分需要二位式調(diào)節(jié)閥，即系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)調(diào)節(jié)閥全開，保證給水泵不受破壞，薄膜彈簧執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶上一臺(tái)三通電磁閥就能滿足這種工藝要求。在正常運(yùn)行情況下，工廠的供氣通過(guò)過(guò)濾減壓閥及電磁閥輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣室。一旦氣源出現(xiàn)故障，執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的彈簧使閥迅速打開。根據(jù)需要，也可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿向相反的方向動(dòng)作，把調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。

   過(guò)熱減溫器的噴水調(diào)節(jié)閥，要求帶一臺(tái)定位器，它根據(jù)溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，調(diào)節(jié)閥也能實(shí)現(xiàn)故障**保護(hù)。

   在二位式和調(diào)節(jié)式兩種應(yīng)用場(chǎng)合，證明這種調(diào)節(jié)閥流量特性是很好的。此類調(diào)節(jié)閥自開發(fā)以來(lái)，已應(yīng)用于姚孟電廠、大壩電廠、高井電廠等。1997年10月和12月，此類調(diào)節(jié)閥又分別在河北陡河電廠和揚(yáng)子熱電廠投入使用，周期檢查發(fā)現(xiàn)閥內(nèi)組件沒(méi)有受到空化破壞，經(jīng)過(guò)18個(gè)月的連續(xù)運(yùn)行，記錄表明調(diào)節(jié)閥仍然保持良好的密封性。

    5 結(jié)束語(yǔ)

   實(shí)踐證明這種防空化多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥能有效地消除流體高壓降所引起的破壞作用。對(duì)于一個(gè)似乎難于解決的空化問(wèn)題，采用逐級(jí)降壓、不斷改變流體流動(dòng)方向來(lái)消耗能量的設(shè)計(jì)概念是一個(gè)簡(jiǎn)單而切實(shí)可行的方法。從調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)本身來(lái)解決高壓降調(diào)節(jié)閥的沖蝕、閃蒸、空化、氣蝕和噪音問(wèn)題是一個(gè)有效的方法，保證了高壓降調(diào)節(jié)閥的長(zhǎng)期使用及穩(wěn)定可靠的調(diào)節(jié)效果。