袁林楓+劉曉凱+張瑩+張玉環(huán)+王貴武

摘要： 論述了Y型料漿調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、工作原理、性能和特點(diǎn)，著重介紹了該閥的計(jì)算方法。

Abstract： The structure， working principle， performance and characteristics of Y type slurry regulating valve are discussed， and the calculation method of the valve is introduced.

關(guān)鍵詞： Y型料漿調(diào)節(jié)閥；閥體；閥瓣

Key words： Y type slurry regulating valve；valve body；disc

中圖分類號：TP214 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）01-0156-02

1 概述

調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，它是過程控制系統(tǒng)中用動力操作改變介質(zhì)流量的裝置。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行器和閥門兩大部分組成，在管網(wǎng)系統(tǒng)中，流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由不同類型結(jié)構(gòu)的閥門組成的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。歷史的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展，對自動化控制領(lǐng)域的要求越來越高，Y型料漿調(diào)節(jié)閥，以其流通容量大、流道簡單、流阻小、不平衡力小、易于加工，是鋁工業(yè)冶煉工藝系統(tǒng)中一種比較理想的調(diào)節(jié)類閥門。

2 料漿調(diào)節(jié)閥的比較

①目前鋁工業(yè)冶煉工藝系統(tǒng)使用的料漿調(diào)節(jié)閥多為針形調(diào)節(jié)閥或角式調(diào)節(jié)閥，從實(shí)用角度看，其結(jié)構(gòu)還存在較多不足的地方：1）流道彎曲且急（有一個90°彎），自然流阻很大，沖刷磨損較快；2）角式調(diào)節(jié)閥閥瓣較短，調(diào)節(jié)性能差，且不穩(wěn)定；3）流量調(diào)節(jié)不精確；4）易于發(fā)生氣蝕和振動；5）可調(diào)比范圍不大（不足常用的R=30：1的標(biāo)準(zhǔn)）；6）基本誤差較大在±5%左右，很難實(shí)現(xiàn)±1%的設(shè)計(jì)要求。

②Y型料漿調(diào)節(jié)閥，在設(shè)計(jì)上采用分體組合、直流式閥體，雙曲線長形閥瓣。在使用過程中可大大地改善上述閥門的不足之處。它的流道趨于一條直線，流阻小，雙曲線長形閥瓣調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)誤差小，同時靈敏度也高。工作壓力范圍0.6～10.0MPa，環(huán)境工作溫度在425℃左右，Y型料漿調(diào)節(jié)閥優(yōu)越性，顯而易見。該閥的主要零件組成如下：1）閥體（左右組合體）2）閥座3）密封墊4）閥瓣5）閥桿6）支架7）防轉(zhuǎn)塊8）執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動帶動閥桿上、下活動，閥門開啟或關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流量的作用。

3 設(shè)計(jì)原理

保證流道暢通，減小流阻和介質(zhì)對閥體的沖刷，調(diào)節(jié)精度高，動作迅速，在設(shè)計(jì)時采用分體組合的Y型閥體結(jié)構(gòu)，易于更換閥座，采用直流式流道結(jié)構(gòu)，流阻小從而提高 了該閥門的使用壽命（在同樣工況下是針型、角式調(diào)節(jié)閥門壽命的1.5倍以上）。閥瓣設(shè)計(jì)成雙曲線長形的幾何形狀，針對Y型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，運(yùn)用優(yōu)化、創(chuàng)新理念，閥體內(nèi)腔熱噴涂WC合金，閥瓣采用YG8硬質(zhì)合金和35#金屬組合的結(jié)構(gòu)，閥座整體采用YG8硬質(zhì)合金，這樣大大提高了閥門的耐磨、耐腐蝕性能，如圖1。

4 Y型料漿調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 收集設(shè)計(jì)參數(shù)

通徑、連接形式、公稱壓力、壓差、最大流量、標(biāo)準(zhǔn)流量、最小流量、流量系數(shù)、工作溫度、介質(zhì)特性、控制方式等技術(shù)參數(shù)。根據(jù)閥門在工藝流程中的安裝位置，要進(jìn)行認(rèn)真、詳細(xì)的計(jì)算。

4.2 閥體的設(shè)計(jì)

為了改變流阻系數(shù)，使閥體具有分流和匯流的功能，將閥體設(shè)計(jì)成分體組合、直流式結(jié)構(gòu)，盡量使閥體內(nèi)腔的通道截面尺寸均勻相等，減少曲線流道。如圖2所示。

閥體壁厚SB按第四強(qiáng)度理論計(jì)算：

SB=+C（1）

式中：SB：考慮腐蝕余量后的閥體壁厚，mm；P：公稱壓力MPa；DN：公稱通徑，mm；C：附加余量，mm。

4.3 流量特性曲線

考慮調(diào)節(jié)閥的流量特性曲線，可用閥瓣的位移與介質(zhì)流量成對數(shù)關(guān)系確定，通常用以下公式：

qm=f（h）（2）

式中qm：介質(zhì)流量，m3/s；f（h）：線性或等百分的特性函數(shù)式；h=H/H100：閥門開度面積與全開面積之比。

線性特性及等百分比：根據(jù)調(diào)節(jié)閥的相對流量與閥瓣的相對位移成直線關(guān)系（即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)）即：

K=（3）

式中Q：實(shí)際流量，m3/s；Qmax：最大流量，m3/s；l：閥瓣位移的實(shí)際長度，m；L：閥瓣在閥腔中的行程，m。

根據(jù)流量的等百分比特性曲線的理論得出的該Y型料漿調(diào)節(jié)閥得流量特性。即閥桿的單位相對位移變化所引起的相對流量變化與該點(diǎn)的相對流量成正比。流量系數(shù)

KV==K（Q/Qmax）（4）

4.4 確定閥門尺寸

①為了計(jì)算方便，假設(shè)為不可壓縮的流體，介質(zhì)為單相流，不計(jì)粘度，無氣蝕的條件，流量系數(shù)公式為：

CV1=（5）

式中，Q：流量，m3/h；ΔP：進(jìn)出口壓差，bar；G：介質(zhì)比重；P1：進(jìn)口壓力，bar；P2：出口壓力，bar；根據(jù)公式（5），計(jì)算介質(zhì)流量和壓差。

②用于可壓縮流體的閥門，假設(shè)介質(zhì)為氣體（非蒸汽），不計(jì)壓縮性，非阻塞流狀態(tài)，則基本公式為：

CV2=（6）

式中Q：流量，m3/h；T：絕對溫度；G：介質(zhì)比重，氣體密度與空氣密度之比；X：實(shí)際壓縮比，X=（ΔP/P1）；Y：膨脹系數(shù)。

③介質(zhì)為蒸汽時，流量系數(shù)計(jì)算公式：

CV3=（7）

式中W ：質(zhì)量流量，m3/h；ΔP：進(jìn)出口壓差，bar；V1：比容，m3/kg； Y：膨脹系數(shù)。

注：各系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)選取方法：以上各量有些是介質(zhì)的物理常數(shù)，有些是管道的工藝參數(shù)，都可以根據(jù)工況條件求得。唯有膨脹系數(shù)Y值需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。

Y=（8）

式中FK：比熱系數(shù)（FK=K/1.4）；K：氣體介質(zhì)的定壓比與定容比熱之比；XT：極限壓降比（出現(xiàn)阻塞流時壓降與上游壓力之比）。

資料中記載，空氣K=1.40，兩相流中的FK=1.4，空氣的FK=1，其他空氣介質(zhì)可以取FK≈1，而不至于對計(jì)算造成太大的誤差。XT是閥門開度函數(shù)，對柱塞單座式調(diào)節(jié)閥來說，XT可取0.72，其開度在50～60%。計(jì)算非阻塞流的公式：

Y=1-=1-0.92/3X1.4X0.72≈0.70（9）

式中FK=K=1.4：比熱系數(shù)；X=（P1-ΔP）/P1=0.92；已知：P1=100bar，P2=92bar，ΔP=8bar，XT= 0.72（閥門開度系數(shù)，查表）。從計(jì)算結(jié)果，判斷為非阻塞流。

當(dāng)X

當(dāng)X≥FK XT時，為阻塞流，X≥FK XT時，設(shè)計(jì)時重新修正流量系數(shù)。

從以上計(jì)算得知，Y型料漿調(diào)節(jié)閥是可行的，據(jù)有關(guān)資料記載料漿調(diào)節(jié)閥是可以采用兩相流的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算的。經(jīng)過上述solidworks三維流體分析計(jì)算效果良好，所以該閥門的設(shè)計(jì)理論上是可行的，經(jīng)現(xiàn)場使用各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足工況所需的技術(shù)要求。

5 Y型料漿調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造，成本較低；②啟閉迅速，調(diào)節(jié)性能良好；③閥體為分體組合、直流式結(jié)構(gòu)，流道流暢，不平衡力小，流阻小，不易出現(xiàn)渦流、氣蝕等現(xiàn)象；④操作簡單，維修方便，易于調(diào)節(jié)、控制；⑤流體在閥腔內(nèi)流動狀況為分流和匯流狀態(tài)，噪聲小，符合環(huán)保理念，降低了磨損程度，使用壽命長；⑥可調(diào)比范圍較大，超過30：1的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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