节流阀

节流阀在外形和结构上都与截止阀非常相似，所不同的只是阀瓣的形状和工作行程，因此，节流阀与截止阀的零部件通用程度很高。 各种截断阀都可以改变介质通道截面积，因而在一定程度上也可以起到调节作用，但是它们的调节性能不好。这是因为它们的启闭件和阀杆是活动连接的，在连接处有间隙，不便调节；启闭件的升降与通道面积的改变不成比例，因而不易做到准确、连续调 节；当通道面积小而介质流速很大时，会造成密封面的严重冲蚀，并引起阀瓣的振动。因而通常都采用专门结构和启闭件形状的节流阀进行调节。 节流阀主要用于调节流量、压力，在选择阀门时必须考虑流量控制范围、压力降及其负荷等，以避免过早失效并确保安全使用。用于高压差节流的阀门要求有专门设计的阀门密封元件。总的来说，通过阀瓣的大压差不得超过大上游压力的20%或200psi (1380kPa)两者中的较小值。具有专门密封元件的阀门可用于超出此压差极限的场合。 一般工业用节流阀按照工作介质的流向分类，可以分为阀瓣平衡式和阀瓣非平衡式两大类。阀瓣平衡式节流阀可分为直流式节流阀和角式节流阀，阀瓣非平衡式节流阀可分为直通式节流阀、角式节流阀、直流式节流阀、Z形流道式节流阀和三通流道节流阀 等。在石油、天然气钻采行业中使用的节流阀的分类方法又稍有不同，因此单独列为一节介绍。 节流阀按照调节精度可分为粗调式和精调式两种。 图11-1所示的Z形流道式节流阀，其内部结构简单，属于粗调式节流阀，行程的大小与流量变化关系无法事先标定，只能借助另外的流量测试仪表临时加以判断，所以，这种阀只用于一般工艺管路。 图11-2所示的角式节流阀，其结构复杂，属于细调式节流阀，它有三个特点：①采用针形阀瓣，工作行程大，行程与流量变化的关系具有较小的斜率； ②采用螺旋测微机构标定行程，精度高而且稳定，为事先标定行程与流量变化关系曲线提供了有利的条 件；③结构紧凑，轻巧，密封性能好，安装位置与形式不受限制。因此，它可用于调节精度要求较高的工艺分析管路和小流量精密调节工位，既能方便地安装于仪表控制盘上，又能直接安装于各种管路中，当安装于仪表控制盘上时，可将锁紧螺母旋下，待阀门插入控制盘孔后再复位并拧紧即可。 11.3.1节流阀的阀瓣 节流阀阀瓣主要有以下几种形状。 ①月牙形如图11-3 (a)所示，又叫沟形，在柱塞侧面以一平面斜切而成。这种阀瓣适应性强，加 工简单，成本低廉，但是径向不平衡力较大，故只适用于小批量生产的低压小口径阀门，高压大口径阀门很少采用。 ②圆锥形如图11-3 (b)所示，阀瓣通常车削而成，大量适用于中小口径节流阀。针形阀瓣是圆锥形阀瓣的一种特例，主要用于小口径的节流阀中，习 惯上成为针形阀。 ③圆柱形如图11-3 (c)所示，阀瓣和圆锥形阀瓣一样，通常车削而成，主要用于套筒式节流阀。 ④窗形如图11-3 (d)所示，又叫缺口形，这种阀瓣的对称性和异向性比以上月牙形和圆锥形阀瓣都好，动作平稳，振动小，适用于介质压力较高的大口径节流阀。 11.3.2节流阀的开启高度 节流阀是改变阀瓣与阀座间的流通面积来实现对流量的调节作用的。对于月牙形和圆锥形阀瓣来说， 锥度或斜率愈大，横截面积变化愈快，即开启高度愈小，则调节性能愈差。相反，如果锥度或斜率愈小， 横截面积变化愈缓慢，或者说阀瓣愈长，幵启高度愈 大，则调节性能愈好。 针形阀实际上就是横截面积变化十分缓慢的一种小口径节流阀。在决定节流阀阀瓣开启高度时，应考虑到阀门的密封形式。当阀门为填料密封时，由于截止阀与节流阀常常采用*相同的阀体毛坯，开启高度的大小并无严格的规定而只受阀体高度的限制。当阀门为波纹管密封时，由于开启高度的大小直接影响波纹管元件的长度，波纹管原件过长，不仅大大增加阀门的总体高度，还会降低波纹管元件本身的失稳压 力，即降低密封结构的压力承载性能。因p，幵启高度的大小是否合理，终会影响阀门的性能和密封效果。这时，应首先找出节流阀的理想工况点，规定合理的节流范围（通常为开启高度的30%?70%)，再据此确定开启高度的大小。但是，不论何种密封方式的阀门，到达开启高度的终点时，在阀瓣与阀座之间的流通面积均应不小于入口端的横截面积。 实际上，节流阀的调节性能好坏，除了阀瓣与阀座间的流通面积变化情况外，还与流阻系数有密切相关，故在确定阀瓣几何形状及尺寸时，流量与流阻试验常常是*的手段。 节流阀的阀瓣在不同高度时，阀瓣与阀座所形成的帘面积（环形通路面积）也相应地变化，所以只要细致地调节阀瓣的高度，就可以精确地调节阀瓣与阀座所形成的帘面积，从而也就可以得到确定数值的流量和压力。 (1) 导向要求 当介质流过节流通道时，以很髙的速度冲击阀瓣，会使其产生偏斜和振动，而影响调节的精确性， 所以必须有导向装置。对于月牙形、圆柱形和窗形结构的阀瓣由阀座的通道作为导向；对于圆锥形结构的阀瓣，可以在阀盖的腔体里设计足够长的凸台并加工成导向孔，用来导向，如图11-3 (b)所示，也可以在阀杆和阀盖之间设计导向机构，然而这时阀瓣要固接在阀杆上，留有的间隙要尽量小。 (2) 抗冲蚀要求 阀瓣与阀座密封面受到高速介质的冲蚀作用，因而必须用耐冲蚀和磨损的材料来制造。 (3) 阀杆梯形螺纹螺距 节流阀的阀杆螺纹梯形的螺距比同规格截止阀阀杆螺纹的螺距小，以便于节流阀进行精确的调节。  一般，节流阀阀座的密封性能较差，当做截止阀使用常常是不可靠的，即使精心设计的节流——截止两用阀门，在制造厂装配试验时能够表明阀门具有密封性能，但在*使用中仍然不能保证密封的可靠性。同样，截止阀虽然也有某种粗调功能，但调节性 能极差，属于快开特性，当做节流阀使用也是不妥当的，因为这时阀瓣与阀座的间隙很小，流阻很大，流速增加，在介质的剧烈冲蚀下，阀瓣与阀座的密封面很快就会损坏，使截止阀失去原有功能。 针形阀也是一种小口径节流阀，其工作介质流向有Z形流道式和角式两种结构。针形阀的阀芯类似于圆锥形阀瓣，只是锥度较小，锥体较长，略呈针形。 由于针形阀阀芯截面变化小，故调节灵敏度高，可作为精确流量控制阀。针形阀特别适宜于高压下操作， 因其阀芯为针形，承受介质压力小，易于启闭。 针形阀的连接方式有卡套连接、外螺纹连接、内螺纹连接等。