解析多级降压调节阀的常见类型及结构特点

　　在调节阀中产生的汽蚀空化现象，其根本原因即是由于阀前后的压差过高。一般认为当Δp2.5MPa时，流体介质在阀内部进入节流部位时压力骤然下降，在通流截面面积*小处压力降至*低，当这一压力低于当前温度下流体的饱和蒸汽压时，部分液体会出现汽化，形成大量微小的汽泡，当流体流过节流口压力回升时，这些汽泡又发生破裂回到液态，对阀体和阀芯等部件产生冲击并带来噪声、振动等危害。近年来，国内外一些调节阀厂商都研发了各种不同类型的专门应用于苛刻工况下的抗汽蚀多级降压调节阀。常见的多级降压调节阀分为串级式调节阀、多层套筒式调节阀、迷宫式调节阀，虽然在结构上有所不同，但有着共同的工作原理，都是通过改变结构将总的压差进行分段多级降压，使每***压降Δp1小于产生空化的临界压差，从而有效避免了汽蚀等危害的发生。
 
1、串级式调节阀
 
串级式多级降压结构如图1所示，这种结构把原本的一个整体的节流区域以多个分开的节流区域互相串联，从而使较大的压差转换为多个较小的压差，使每一次的降压范围都控制在饱和蒸汽压以上，使空化现象不再出现。

式中 γN——标况下的气体重度，单位为kgf/m3(1kgf=9.8N);
 
　　Q——标况下的体积流量，单位为m3/h;
 
　　T——气体温度，单位为K;
 
　　p1——阀前压力，单位为kgf/m2(1kgf=9.8N);
 
　　p——阀前后压差，单位为kgf/m2。
 
　　压缩系数ε可用试验确定，一般对空气试验可得：

 
　　除了压缩系数法，早期还有阀前密度法、阀后密度法及平均密度法等方法。早期公式只能适用于压力恢复程度不高的场合，在非临界流区间内能够保证较好的计算精度。但由于公式对计算模型的简化，随着p/p1增大到临界压差比时就会产生较大的误差，在过渡区和临界区内无法满足要求。
 
2、膨胀系数法
 
　　针对早期计算公式均未考虑阀门的压力恢复特性对计算的影响，在20世纪70年代一些国外厂商提出了以膨胀系数法、多项式法和正弦法为代表的一系列后期公式，对早期公式进行了改良，能较好满足非临界区到临界区的计算精度。与早期公式相比较，以膨胀系数法为代表的后期公式的计算结果更加经济，可以减少不必要的浪费。其中膨胀系数法以其计算的简便性被IEC推荐为标准公式。膨胀系数法由用于液体情况下的计算公式引入膨胀系数Y进行修正而得出，当Y=1时，膨胀系数法也适用于不可压缩的液体工况。
 

 
式中ρN——标况下的气体密度，单位为kg/m3;
 
　　Q——标况下的体积流量，单位为m3/h;
 
　　T1——气体入口温度，单位为K;
 
　　p1——阀前压力，单位为kPa;
 
　　X——压差比，X=p/p1;
 
　　Z——压缩系数。
 
膨胀系数Y指在相同雷诺数下，可压缩性介质的流量系数与不可压缩介质的流量系数之比。它表示了流体从阀入口流到节流孔下游流通面积*小的缩流断面处时的密度变化，以及压差变化时缩流断面面积的变化。