節(jié)流閥的工作原理、結(jié)構(gòu)及分類

通過(guò)啟閉件（閥瓣）的運(yùn)動(dòng)，改變通路截面積， 用以調(diào)節(jié)流量、壓力的閥門稱為節(jié)流閥。

節(jié)流閥在外形和結(jié)構(gòu)上都與截止閥非常相似，所不同的只是閥瓣的形狀和工作行程，因此，節(jié)流閥與截止閥的零部件通用程度很高。

各種截?cái)嚅y都可以改變介質(zhì)通道截面積，因而在一定程度上也可以起到調(diào)節(jié)作用，但是它們的調(diào)節(jié)性能不好。這是因?yàn)樗鼈兊膯㈤]件和閥桿是活動(dòng)連接的，在連接處有間隙，不便調(diào)節(jié)；啟閉件的升降與通道面積的改變不成比例，因而不易做到準(zhǔn)確、連續(xù)調(diào) 節(jié)；當(dāng)通道面積小而介質(zhì)流速很大時(shí)，會(huì)造成密封面的嚴(yán)重沖蝕，并引起閥瓣的振動(dòng)。因而通常都采用專門結(jié)構(gòu)和啟閉件形狀的節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

節(jié)流閥主要用于調(diào)節(jié)流量、壓力，在選擇閥門時(shí)必須考慮流量控制范圍、壓力降及其負(fù)荷等，以避免過(guò)早失效并確保安全使用。用于高壓差節(jié)流的閥門要求有專門設(shè)計(jì)的閥門密封元件。總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)閥瓣的zui大壓差不得超過(guò)zui大上游壓力的20%或200psi （1380kPa）兩者中的較小值。具有專門密封元件的閥門可用于超出此壓差極限的場(chǎng)合。

一般工業(yè)用節(jié)流閥按照工作介質(zhì)的流向分類，可以分為閥瓣平衡式和閥瓣非平衡式兩大類。閥瓣平衡式節(jié)流閥可分為直流式節(jié)流閥和角式節(jié)流閥，閥瓣非平衡式節(jié)流閥可分為直通式節(jié)流閥、角式節(jié)流閥、直流式節(jié)流閥、Z形流道式節(jié)流閥和三通流道節(jié)流閥 等。在石油、天然氣鉆采行業(yè)中使用的節(jié)流閥的分類方法又稍有不同，因此單獨(dú)列為一節(jié)介紹。

節(jié)流閥按照調(diào)節(jié)精度可分為粗調(diào)式和精調(diào)式兩種。

圖11-1所示的Z形流道式節(jié)流閥，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬于粗調(diào)式節(jié)流閥，行程的大小與流量變化關(guān)系無(wú)法事先標(biāo)定，只能借助另外的流量測(cè)試儀表臨時(shí)加以判斷，所以，這種閥只用于一般工藝管路。

圖11-2所示的角式節(jié)流閥，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于細(xì)調(diào)式節(jié)流閥，它有三個(gè)特點(diǎn)：①采用針形閥瓣，工作行程大，行程與流量變化的關(guān)系具有較小的斜率； ②采用螺旋測(cè)微機(jī)構(gòu)標(biāo)定行程，精度高而且穩(wěn)定，為事先標(biāo)定行程與流量變化關(guān)系曲線提供了有利的條 件；③結(jié)構(gòu)緊湊，輕巧，密封性能好，安裝位置與形式不受限制。因此，它可用于調(diào)節(jié)精度要求較高的工藝分析管路和小流量精密調(diào)節(jié)工位，既能方便地安裝于儀表控制盤上，又能直接安裝于各種管路中，當(dāng)安裝于儀表控制盤上時(shí)，可將鎖緊螺母旋下，待閥門插入控制盤孔后再?gòu)?fù)位并擰緊即可。

11.3.1節(jié)流閥的閥瓣

節(jié)流閥閥瓣主要有以下幾種形狀。

①月牙形如圖11-3 （a）所示，又叫溝形，在柱塞側(cè)面以一平面斜切而成。這種閥瓣適應(yīng)性強(qiáng)，加

工簡(jiǎn)單，成本低廉，但是徑向不平衡力較大，故只適用于小批量生產(chǎn)的低壓小口徑閥門，高壓大口徑閥門很少采用。

②圓錐形如圖11-3 （b）所示，閥瓣通常車削而成，大量適用于中小口徑節(jié)流閥。針形閥瓣是圓錐形閥瓣的一種特例，主要用于小口徑的節(jié)流閥中，習(xí) 慣上成為針形閥。

③圓柱形如圖11-3 （c）所示，閥瓣和圓錐形閥瓣一樣，通常車削而成，主要用于套筒式節(jié)流閥。

④窗形如圖11-3 （d）所示，又叫缺口形，這種閥瓣的對(duì)稱性和異向性比以上月牙形和圓錐形閥瓣都好，動(dòng)作平穩(wěn)，振動(dòng)小，適用于介質(zhì)壓力較高的大口徑節(jié)流閥。

11.3.2節(jié)流閥的開(kāi)啟高度

節(jié)流閥是改變閥瓣與閥座間的流通面積來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的調(diào)節(jié)作用的。對(duì)于月牙形和圓錐形閥瓣來(lái)說(shuō)， 錐度或斜率愈大，橫截面積變化愈快，即開(kāi)啟高度愈小，則調(diào)節(jié)性能愈差。相反，如果錐度或斜率愈小， 橫截面積變化愈緩慢，或者說(shuō)閥瓣愈長(zhǎng)，幵啟高度愈 大，則調(diào)節(jié)性能愈好。

針形閥實(shí)際上就是橫截面積變化十分緩慢的一種小口徑節(jié)流閥。在決定節(jié)流閥閥瓣開(kāi)啟高度時(shí)，應(yīng)考慮到閥門的密封形式。當(dāng)閥門為填料密封時(shí)，由于截止閥與節(jié)流閥常常采用*相同的閥體毛坯，開(kāi)啟高度的大小并無(wú)嚴(yán)格的規(guī)定而只受閥體高度的限制。當(dāng)閥門為波紋管密封時(shí)，由于開(kāi)啟高度的大小直接影響波紋管元件的長(zhǎng)度，波紋管原件過(guò)長(zhǎng)，不僅大大增加閥門的總體高度，還會(huì)降低波紋管元件本身的失穩(wěn)壓 力，即降低密封結(jié)構(gòu)的壓力承載性能。因p，幵啟高度的大小是否合理，zui終會(huì)影響閥門的性能和密封效果。這時(shí)，應(yīng)首先找出節(jié)流閥的理想工況點(diǎn)，規(guī)定合理的節(jié)流范圍（通常為開(kāi)啟高度的30%?70%），再據(jù)此確定開(kāi)啟高度的大小。但是，不論何種密封方式的閥門，到達(dá)開(kāi)啟高度的終點(diǎn)時(shí)，在閥瓣與閥座之間的流通面積均應(yīng)不小于入口端的橫截面積。

實(shí)際上，節(jié)流閥的調(diào)節(jié)性能好壞，除了閥瓣與閥座間的流通面積變化情況外，還與流阻系數(shù)有密切相關(guān)，故在確定閥瓣幾何形狀及尺寸時(shí)，流量與流阻試驗(yàn)常常是*的手段。

節(jié)流閥的閥瓣在不同高度時(shí)，閥瓣與閥座所形成的簾面積（環(huán)形通路面積）也相應(yīng)地變化，所以只要細(xì)致地調(diào)節(jié)閥瓣的高度，就可以地調(diào)節(jié)閥瓣與閥座所形成的簾面積，從而也就可以得到確定數(shù)值的流量和壓力。

（1） 導(dǎo)向要求

當(dāng)介質(zhì)流過(guò)節(jié)流通道時(shí)，以很髙的速度沖擊閥瓣，會(huì)使其產(chǎn)生偏斜和振動(dòng)，而影響調(diào)節(jié)的性， 所以必須有導(dǎo)向裝置。對(duì)于月牙形、圓柱形和窗形結(jié)構(gòu)的閥瓣由閥座的通道作為導(dǎo)向；對(duì)于圓錐形結(jié)構(gòu)的閥瓣，可以在閥蓋的腔體里設(shè)計(jì)足夠長(zhǎng)的凸臺(tái)并加工成導(dǎo)向孔，用來(lái)導(dǎo)向，如圖11-3 （b）所示，也可以在閥桿和閥蓋之間設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，然而這時(shí)閥瓣要固接在閥桿上，留有的間隙要盡量小。

（2） 抗沖蝕要求

閥瓣與閥座密封面受到高速介質(zhì)的沖蝕作用，因而必須用耐沖蝕和磨損的材料來(lái)制造。

（3） 閥桿梯形螺紋螺距

節(jié)流閥的閥桿螺紋梯形的螺距比同規(guī)格截止閥閥桿螺紋的螺距小，以便于節(jié)流閥進(jìn)行的調(diào)節(jié)。

一般，節(jié)流閥閥座的密封性能較差，當(dāng)做截止閥使用常常是不可靠的，即使精心設(shè)計(jì)的節(jié)流——截止兩用閥門，在制造廠裝配試驗(yàn)時(shí)能夠表明閥門具有密封性能，但在長(zhǎng)期使用中仍然不能保證密封的可靠性。同樣，截止閥雖然也有某種粗調(diào)功能，但調(diào)節(jié)性 能極差，屬于快開(kāi)特性，當(dāng)做節(jié)流閥使用也是不妥當(dāng)?shù)模驗(yàn)檫@時(shí)閥瓣與閥座的間隙很小，流阻很大，流速增加，在介質(zhì)的劇烈沖蝕下，閥瓣與閥座的密封面很快就會(huì)損壞，使截止閥失去原有功能。

針形閥也是一種小口徑節(jié)流閥，其工作介質(zhì)流向有Z形流道式和角式兩種結(jié)構(gòu)。針形閥的閥芯類似于圓錐形閥瓣，只是錐度較小，錐體較長(zhǎng)，略呈針形。 由于針形閥閥芯截面變化小，故調(diào)節(jié)靈敏度高，可作為流量控制閥。針形閥特別適宜于高壓下操作， 因其閥芯為針形，承受介質(zhì)壓力小，易于啟閉。

針形閥的連接方式有卡套連接、外螺紋連接、內(nèi)螺紋連接等。

針形閥一般用于要求高壓力及低流量的地方。針形閥也可作為壓力表、氣動(dòng)調(diào)節(jié)器的配套用閥，也可用作取樣閥。

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