调节阀结构与性能分析

1 概述

    液态流体通过调节阀节流截面时，由于节流面的收缩，导致流体流速增加， 压力下降。当压力降低至液体的蒸发压力下时，液体中会产生“蒸汽泡”。如果流体流出缩流截面的出口压力低于液体的蒸发压力，则“汽泡”继续形成，称之为“闪蒸”。如果流体流出缩流截面的出口压力大于液体的蒸发压力，则“汽泡”受挤而破碎。因破碎产生的冲击波，*的压力撞击阀瓣或管壁的金属表面。由于反复撞击，一方面，导致金属表面疲劳，产生表面缺陷。另一方面，撞击破坏了金属表面的钝化膜覆盖层。在更新钝化膜的过程中，母体金属被消耗，即产生汽蚀，汽蚀导致了金属表面的磨损与破坏。破裂的汽蚀气泡是产生噪声的主要原因之一，噪声量与汽蚀程度有关。

    FISHER调节阀在结构设计及材料选择方面具有防汽蚀降噪声的特点。

    2 性能分析

    以FISHER的SAR10.1-ED型调节阀（6英寸）为例（图1），分析该阀特点和性能。

    2.1 基本参数

    阀门类型：截止型调节阀（低复原型）
    驱动方式：电动380V
    定位器信号输出：4~20mA
    输送介质：饱和蒸汽水
    介质压力：0.5MPa
    介质温度：263℃
    连接方式：法兰
    阀体材料：WCB
    内件结构：平衡式阀瓣组件
    阀笼材料：416SS
    阀座材料：416SS
    阀瓣材料：17-4PHSS
    内孔口径：136.5mm
    填    料：石墨
    泄 漏 率：Ⅳ级。

    2.2 流量调节特性

    调节阀的流量系数（阀全开） Cv=305。工作流量系数zui小时为7.01，zui大时为217.25。压力恢复系数为30。阀门zui小声级54.2dB，zui大声级76.6dB。

    2.3 工作原理

    流体按箭头所示方向进入阀门，并通过导向筒上端的孔迅速进入平衡室。由于流体均衡作用于导向筒的内腔及外端，使得阀杆作用于导向筒的力趋于均衡，执行机构的载荷不随流体压力的变化而过度变化，因此，运行过程中不平衡力小，稳定性好，不易振动，阀门内件不易损坏。随着阀杆带动导向筒向上运动，流体进入阀笼的*、二层节流孔，直至流出调节阀体。导向筒的上下运动，改变着阀笼上节流孔的数量，即流体流过节流孔的节流面积。形成各种流量特性，并实现流量的调节。

    3 特点

    3.1 防汽蚀

    FISHER调节阀改变了单座式与双座式截止形调节阀的结构设计模式，采用对夹联接顶部置入的笼型导向筒提升结构。由于汽蚀是由流体速度与压力之间的能量转换引发的。因此，降低流体在阀瓣内的流速，是防止汽蚀的措施之一。

    流体从法兰进入阀体及阀座，产生一次压降，然后进入阀瓣内腔及*平衡室。根据作用与反作用的原理，流体在阀瓣内由于压力的平衡，流速得以减缓。当导向筒随阀杆提升时，流体通过节流孔进入阀笼的第二平衡室，流体从第二平衡室通过阀笼的第二层节流孔流出时，流速的变化也是缓冲式的。2层节流孔的排列属非同心通孔，错位排布，利于流体在第二平衡室内的缓冲。

    3.2 降噪声

    在液体工况下，控制阀产生噪声的主要原因之一是汽蚀，因此抑制噪声和防止汽蚀有关。笼型导向筒提升方式的设计结构既能防止汽蚀，也能减小噪声。阀笼上的节流小孔，由于孔径小、数量多，流体流经小孔产生的噪声强度很快下降。2层节流孔的设计，使噪声衰减的更大。

    3.3 易密封

    该阀的非固定式阀座，使加工容易，维修方便，通用性强。自紧式填料设计，考虑了低压大流量流体流经阀体时，介质对填料反向作用降低，可能引起阀杆处泄漏，在填料函中加有弹簧，同时使用两种不同材质，不同形状的双层填料，用于填料自紧。

    4 结论

    FISHER（6英寸）-SAR10.1-ED调节阀，无论对于液体，还是气体，其阀体及阀内件的设计和材质选用，均充分考虑了汽蚀、冲蚀、噪声控制及介质腐蚀等情况，因此可以实现并完成工艺流量调节。