近年來在火力發(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，因為高速流體通過調(diào)節(jié)閥節(jié)流面，使閥內(nèi)件迅速沖蝕，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，盡管它們在耐沖刷、耐高溫方面具有較好的性能，但是仍不能解決閥內(nèi)組件的沖蝕問題。

   流體通過調(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，液體中的微小氣泡破裂（此過程稱為空化），所有的能量集中在破裂點上，產(chǎn)生極大的沖擊力，造成對調(diào)節(jié)閥的氣蝕，其結(jié)果造成調(diào)節(jié)閥報廢。在工作實踐中，管道設(shè)計師完全知道空化的破壞作用，并且千方百計避免空化發(fā)生。但是實際系統(tǒng)或系統(tǒng)設(shè)備的變化會改變系統(tǒng)的壓力條件，而使液體發(fā)生空化，其中破壞*嚴重的當屬調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品。

   人??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)來限制工業(yè)噪音。調(diào)節(jié)閥的設(shè)計要符合這些法規(guī)。

   如前所述，材料的選擇不能解決空化問題，還得直接從調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計來解決，這是顯而易見的。開發(fā)一種新穎調(diào)節(jié)閥來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艱巨工作，不過，下面介紹的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)，使用效果令人鼓舞，它是解決空化問題的有效方法。

    2 降壓調(diào)節(jié)閥設(shè)計原理

    實踐證明，不銹鋼經(jīng)受120m/s高速流體的沖刷，不會出現(xiàn)嚴重的磨損，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，壓力降等于7MPa左右。所以高壓流體的壓力必須逐級降低，每級限制在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，每級限制的壓力降與級數(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**節(jié)流后，改變90°角度向下流動，而在圖1（b）的調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體通過**節(jié)流后，改變60°角度向下流動閥內(nèi)組件流出的液體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，水的密度增加，通過離心作用，迫使水沖擊管壁。重量較輕的氣泡仍保持在流體的中心，它們的破裂對管壁不造成破壞。在流體流動過程中，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，以達到調(diào)節(jié)流量的目的。流體流通面積的設(shè)計具有兩個優(yōu)點：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*大的間隙通道，讓液體中的固體顆粒通過節(jié)流區(qū)域，把磨損減少到*小程度。

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

    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，方向改變90°或60°后逐級向下流動，并且流動方向每經(jīng)過**而改變一次。當流體離開出口時，除了有向前運動的速度之外，還有旋轉(zhuǎn)運動的速度。

   節(jié)流級數(shù)的多少取決于閥上的總壓降。**系數(shù)選擇大一點的話，每個節(jié)流級的壓降不超過5MPa。甚至為了使閥芯的扭距達到平衡，也要多加幾個節(jié)流級。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)流級的壓降能有效地轉(zhuǎn)化成能量損失，閥芯再往上移動，同時打開全部節(jié)流級的節(jié)流口，直到達到*大流量為止。

   設(shè)計這種調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)時，*主要是保證使用壽命長，但也要考慮到維修簡單。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，只要機加工公差保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，就可保證密封**嚴密。

   調(diào)節(jié)閥配用薄膜彈簧執(zhí)行機構(gòu)或電動執(zhí)行機構(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)代機械加工方法的發(fā)展，任意形狀的開口槽都可加工。我們曾研究過許多不同形狀的開口槽，實踐表明，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)生故障時調(diào)節(jié)閥全開，保證給水泵不受破壞，薄膜彈簧執(zhí)行機構(gòu)帶上一臺三通電磁閥就能滿足這種工藝要求。在正常運行情況下，工廠的供氣通過過濾減壓閥及電磁閥輸入到執(zhí)行機構(gòu)的氣室。一旦氣源出現(xiàn)故障，執(zhí)行機構(gòu)中的彈簧使閥迅速打開。根據(jù)需要，也可使執(zhí)行機構(gòu)推桿向相反的方向動作，把調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。

   過熱減溫器的噴水調(diào)節(jié)閥，要求帶一臺定位器，它根據(jù)溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號控制調(diào)節(jié)閥的動作，調(diào)節(jié)閥也能實現(xiàn)故障**保護。

   在二位式和調(diào)節(jié)式兩種應(yīng)用場合，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，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子熱電廠投入使用，周期檢查發(fā)現(xiàn)閥內(nèi)組件沒有受到空化破壞，經(jīng)過18個月的連續(xù)運行，記錄表明調(diào)節(jié)閥仍然保持良好的密封性。

    5 結(jié)束語

   實踐證明這種防空化多級降壓調(diào)節(jié)閥能有效地消除流體高壓降所引起的破壞作用。對于一個似乎難于解決的空化問題，采用逐級降壓、不斷改變流體流動方向來消耗能量的設(shè)計概念是一個簡單而切實可行的方法。從調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)本身來解決高壓降調(diào)節(jié)閥的沖蝕、閃蒸、空化、氣蝕和噪音問題是一個有效的方法，保證了高壓降調(diào)節(jié)閥的長期使用及穩(wěn)定可靠的調(diào)節(jié)效果。