自力式调节阀原理

(1)气动调节阀安装位置，距地面要求有一定的高度，阀的上下要留有一定空间，以便进行阀的拆装和修理。对于装有气动调节阀定位器和手轮的调节阀，必须保证操作、观察和调整方便。 　　(2)气动调节阀应安装在水平管道上，并上下与管道垂直， 一般要在阀下加以支撑，保证稳固可靠。对于特殊场合下，需要调节阀水平安装在竖直的管道上时，也应将调节阀进行支撑(小口径调节阀除外)。安装时，要避免给调节阀带来附加应力)。 　　(3)调节阀的工作环境温度要在(－30～+ 60) 相对湿度不大于95% 95% ，相对湿度不大于95%。 　　(4)调节阀前后位置应有直管段，长度不小于10倍的管道直径(10D)，以避免阀的直管段太短而影响流量特性。 　　(5)调节阀的口径与工艺管道不相同时，应采用异径管连接。在小口径调节阀安装时，可用螺纹连接。 阀体上流体方向箭头应与流体方向一致。 　　(6)要设置旁通管道。目的是便于切换或手动操作， 可在不停车情况下对调节阀进行检修。 　　(7)调节阀在安装前要彻底清除管道内的异物，如污垢、焊渣等。

角型调节阀的合理使用角型调节阀流路简单、阻力小，一般情况下适用于正向使用（安装）。然而在高压降场合推荐角型调节阀反向使用，以改善不平衡力和减少对阀芯的损伤，同时也有利于介质的流动、避免调节阀结焦和堵塞。角型调节阀在反向使用时，特别应该避免长时期小开度开启的情况，以防引起强烈振荡而损坏阀芯。特别在化工装置试生产阶段，由于试生产时负荷较低、设计工艺条件不可能很快达到要求，反向使用的角型调节阀应尽可能避免较长时间的小开度开启状况，以防角型调节阀损坏。在生产过程自动化调节系统中，调节阀是一个重要的、必不可少的环节，被称之为生产过程自动化的“手脚”，是自动控制系统的终端控制元件之一。它是由执行机构和阀两部分组成。从水力学观点来看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，调节阀是按照输入信号通过改变行程来改变阻力系数，从而达到调节流量的目的。1、角型调节阀的结构与使用1.1角型调节阀的结构角型调节阀除阀体为角型外，其他结构均和单座阀相似，其特点决定了它的流路简单，阻力小，特别有利于高压降、高粘度、含有悬浮物和颗粒状物质流体的调节。它可以避免结焦，粘结和堵塞等现象发生，也便于清洗和自净。1.2角型调节阀正、反向使用比较一般情况下，角型调节阀均采用正向安装，即底进侧出。只有在高压差场合和高粘度、易结焦、含悬浮颗粒物介质的情况下，才推荐反向安装，即物料侧进底出。角型调节阀反向使用的目的是为了改善不平衡力和减少对阀芯的磨损，同时也有利于高粘度、易结焦和含悬浮颗粒物介质的流动，避免结焦和堵塞。2、角型调节阀反向使用剖析吉林化学工业股份有限公司从西德引进的乙醛装置中，pv-23404角型调节阀在高压降的工艺条件下，推荐反向使用。在水联动试车时，角型调节阀产生强烈振荡，且发出刺耳的噪声，试车4h后阀芯就断裂了。当时外国专家认为是阀芯制造质量不好所致。笔者认为并非质量问题，而是由于使用不合理所致。下面就其断裂原因进行分析。众所周知，目前除了蝶阀和隔膜阀在结构上完全对称外，所有其他结构的调节阀都是不对称的。当调节阀改变流动方向时，由于流路的变化会引起)值变化。各类调节阀的正常流向均为使阀芯打开的方向(正向使用)，生产厂也只提供正常流向时的流通能力)值和流量特性。当调节阀反向使用时，既流体沿着使阀芯关闭的方向流动时，调节阀的流通能力会增大。水联动试车时，模拟工艺条件不可能很快达到正常状态，调节阀在较长时间内处于小开度状态下使用，由于不平衡力的作用，会出现严重的不稳定。所以调节阀会产生强烈的震荡并发出刺耳的噪声，因而导致阀芯很快断裂。而在正常工艺条件下，调节阀的开度是适中的，即使小开度也是短暂的，所以调节阀可正常安全使用。除特殊情况外，角型调节阀均是正向安装的，不推荐反向使用，如果违规使用，不仅会损坏设备，还有可能造成危险。另外，在反向使用时，应避免长期小开度情况下运行，尤其是在试车时更应该多加注意。

0.前言调节阀是一种起控制作用的阀门，由控制机构和增减流量的阀体够成。调节阀一般情况下为直通式的，分为2种：单座式和双座式调节阀，双座式的最大流通量大，在运行过程做更为稳定，故所能使用的场合更多。如今，在流体机械和工程领域，调节阀在诸多问题中起到重要作用。调节阀的基本工作原理是：通过感知动作信号，然后更具信号做出相应动作，即机械位移（如直线、转角等），由此改变阀门开度，达到控制相关参数的目的。现今我国对调节阀的性能研究工作比较少，由于起步晚，目前可用的理论知识和科技手段比较匮乏，而且进入科技人员和经费的投入也很少，主要依赖经验设计，参考国外的一些理论资料和样品进行产品开发，而自主产品研发工作很少。随着计算机技术和硬件设备的日新月异，流体力学研究也越来越多的基于这一优势，逐步形成计算流体力学，计算机数值模拟已成为研究流体力学的三大方法之一，它不仅不受人力和实际工程环境制约，更重要的是可以得到整个负荷变化范围内的流动信息。基于计算机技术和计算流体力学，几十年来，也衍生了很多流体流动前后处理的适用软件，如techplot，grapher，gambit，ansys以及cfx等除了功能齐全经济适用的专业软甲开发，在数值算法方面，进展也越来越显著，除了传统的TVD差分算法和SIMPLE算法，很多研究者也正专注于一些新观点以及新概念，计算机数值模拟的优势必将更加突。相比于从传统的机械角度出发，数值模拟更大程度上提高了调节阀的技术含量与产品质量，对于调节阀的不断优化和使用性能有深远意义。1.数值模拟控制方程湍流流动的瞬时控制方程如下：http://www.klevalve.com/up_files/month_1509/201509010016418139.jpg标准k-ε两方程模型中湍动耗散率ε表示为：http://www.klevalve.com/up_files/image/article/2015/09/01/166263.81.jpg（5）湍动黏度μt是k和ε的函数：http://www.klevalve.com/up_files/image/article/2015/09/01/166263.82.jpg（6）在标准k-ε模型中，常数C1ε、C2ε、Cμ、σk、σε为经验值，可通过试验得到：1ε＝1.44，C2ε＝1.92，Cμ=0.09，σk＝1.0，σε＝1.3当流动为不可压，且不考虑用户自定义的源项时，Gb＝0，TM＝0，Sk＝0，Sε＝0，这时，标准k-ε模型为：http://www.klevalve.com/up_files/image/article/2015/09/01/166263.83.jpg（7）http://www.klevalve.com/up_files/image/article/2015/09/01/166263.84.jpg（8）方程（7）及（8）中的Gk展开式为：http://www.klevalve.com/up_files/image/article/2015/09/01/166263.85.jpg（9）2.直通式调节阀计算模型图1为某一型号的直通式调节阀结构图，本文的主要工作是应用AutoCAD软件对该调节阀的不同开度建立模型，然后导入fluent软件的gambit模块划分网格，通过设置合适的计算方程，边界条件等进行网格节点上的数值迭代计算，最后得出该直通式调节阀25%，5%两种开度下的速度云图，压力云图，速度矢量图，并对图进行分析，以便对后续的流道优化做准备。其中边界条件为：阀前（密封面处）介质压力约为4.85MPa，温度260℃；阀后管道压力为0.5MPa，温度为260℃。http://www.klevalve.com/up_files/month_1509/201509010018015127.jpg图1 直通式调节阀结构图2.1 流道几何模型的建立本文利用autoCAD建模软件，对图1所示的直通式调节阀内部流道建立不同开度下的模型，经验证本模型在三维模拟和二维模拟下得出的结论对计算结果影响不大，故简化为二维模型。图2是调节阀开度25%时流道模型的二维图，图2中对阀芯和阀杆进行了简化，计入2种不同开度对流态影响的范围之内。http://www.klevalve.com/up_files/month_1509/201509010018289915.jpg图2 25%开度下的流道二维简化模型2.2 网格划分本算例的流道模型简化为二维模型，所以直接使用gambit一体化生成四边形非结构化网格。图3是25%开度下调节阀流道模型的网格结构图，总共有90531个网格。其中，通过网格无关性验证发现当网格个数达到9万多时网格疏密对技术结果影响不大，数值模拟计算结果已满足要求。http://www.klevalve.com/up_files/month_1509/201509010018583377.jpg图3 25%开度下流道模型的网格结构图3.流场可视化分析当残差曲线收敛后，进行流场可视化分析，主要是流道压力分布云图，速度分布云图及速度矢量图的分析。3.1 25%开度下流场可视化分析该调节阀25%开度下的压力分布云图和速度分布云图如图4、图5所示。由图可知，整个流场主要在水流通过节流处（即阀瓣处流通截面很小处，通过改变此处截面大小控制流量）时，压力和速度梯度发生剧烈变化，这是由于流通面积突然减小，根据伯努利方程可知速度迅速增大，并且从图中可知阀前后压力变化极大，变化梯度集中在节流处；在阀门管道进出口处，压力和速度又趋向均匀。由于进出口高度差相对很小，且进出口截面积相同，故流道的压降主要用于克服调节阀前后的阻力。http://www.klevalve.com/up_files/month_1509/201509010019248490.jpg图4 25%开度下压强分布云图（单位：Pa）http://www.klevalve.com/up_files/month_1509/201509010019489761.jpg图5 25%开度下速度分布云图（单位：m/s）在25%开度下的速度矢量图、局部放大图如图6和图7所示。阀门进口处流速大小变化很小，且不出现径向的脉动现象。当水流经过节流处时，速度值变化很大，随着流通面积的减小，速度随之增大；水流通过节流处后，出现一段喷射现象，然后流束慢慢扩大，靠近出口处管径又逐渐均匀，流动状态也随之平稳。水流从节流处喷射进入阀腔中时，产生明显的涡旋现象，同时在出口处也同样生成漩涡，结合压力云图和总流方程可知，漩涡处能量损失很大。其中如图7，靠近出口处的漩涡，最为强烈，对比图4可知，此处也是流道中压强最低的区域。http://www.klevalve.com/up_files/month_1509/201509010020409291.jpg图6 25%开度下速度矢量图（单位：m/s）http://www.klevalve.com/up_files/month_1509/201509010021014477.jpg图7 25%开度下靠近出口漩涡区速度矢量放大图（单位：m/s）3.2 5%开度下流场可视化分析如图8、图9分别是5%开度下该直通式调节阀的压力云图和速度云图。从图中可看出，由于开度很小，阀芯与阀座间的节流段过流