滑板式控制閥在高可調(diào)比中的應(yīng)用

在流程工業(yè)生產(chǎn)裝置上，經(jīng)常會(huì)遇到一些特殊工況條件，并對(duì)控制閥的選擇帶來(lái)了很多問(wèn)題。例如：在同一條管道上要求實(shí)現(xiàn)從小流量到大流量輸送控制的工況條件，這對(duì)控制閥選型提出的要求是既要滿足在小流量工況下流量或壓力的穩(wěn)定控制，又要適合大流量工況下流量或壓力平穩(wěn)調(diào)節(jié)。

按照通常的控制閥選型思路，一般都會(huì)考慮采用分程控制回路，即用2臺(tái)控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但會(huì)導(dǎo)致設(shè)備投資的增加和工況切換時(shí)流量和壓力的波動(dòng)。

用1臺(tái)直通單座控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)控制目的，可能會(huì)出現(xiàn)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定及其精度不理想以及閥門(mén)振蕩損壞的情況，另外直通閥的閥芯和閥座在小開(kāi)度時(shí)，閥芯和閥座間的節(jié)流間隙很小，易發(fā)生摩擦撞擊而損壞密封面。因此，對(duì)直通單座控制閥的選擇原則是：滿足可控流量的前提下，盡可能地避開(kāi)控制閥在小開(kāi)度的情況下工作，同時(shí)也必須留有一定的可控余量。

滑板式控制閥具有受流體的不平衡力小，控制穩(wěn)定性好，在全行程范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)正?？刂频葍?yōu)點(diǎn)。當(dāng)氣動(dòng)滑板式控制閥配備智能閥門(mén)定位器時(shí)，最小可控開(kāi)度可以從3%開(kāi)始，最大可到96%（實(shí)際可調(diào)比為32），而不影響閥門(mén)使用壽命和控制精度。

滑板式控制閥基本參數(shù)如下：

驅(qū)動(dòng)方式：氣動(dòng)、電動(dòng)、自力式，手動(dòng)；公稱(chēng)直徑：DN15～DN250；公稱(chēng)壓力：PN16～PN100；介質(zhì)溫度：－200～530℃。

滑板式控制閥基本性能特點(diǎn)：

節(jié)能、降耗、免維護(hù)；滑板式控制閥由于受到流體介質(zhì)的不平衡力只是常規(guī)直通單座閥的1/10，因而在小開(kāi)度的情況下也能正常運(yùn)轉(zhuǎn)使用?；迨娇刂崎y開(kāi)啟與關(guān)閉時(shí)沒(méi)有直通單座閥那樣的閥芯閥座密封面的碰撞，并且還能在流體介質(zhì)的壓差作用下在開(kāi)關(guān)動(dòng)作的過(guò)程中做自研磨，控制閥的泄漏極小，密封能得到長(zhǎng)期的保證。

該控制閥具有受流體不平衡力小的特點(diǎn)，主要是由滑板式控制閥的特殊結(jié)構(gòu)所決定的。如圖1所示。

圖1 滑板式控制閥結(jié)構(gòu)示意

滑板式控制閥的節(jié)流原理：閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)是由兩塊開(kāi)有節(jié)流槽的平板組成的，一塊平板是固定不動(dòng)的，稱(chēng)之為定滑板；另一塊平板與閥桿相連，由閥桿帶動(dòng)，稱(chēng)之為動(dòng)滑板；當(dāng)動(dòng)滑板上下移動(dòng)時(shí)，動(dòng)滑板與定滑板上的節(jié)流槽會(huì)發(fā)生位置上的相對(duì)變化，從而改變節(jié)流面積，起到調(diào)節(jié)流體流量的作用，如圖2所示。

圖2 閥的節(jié)流原理示意

滑板式控制閥閥內(nèi)件的節(jié)流槽是垂直截?cái)嗔黧w的，流體流經(jīng)節(jié)流槽時(shí)會(huì)產(chǎn)生對(duì)節(jié)流槽四周一個(gè)作用力，即通常所說(shuō)的控制閥的不平衡力。該不平衡力可以通過(guò)公式（1）計(jì)算：

式中：Δp——閥前后壓差；Aslot——流體作用的有效面積；μ——滑板之間的動(dòng)摩擦系數(shù)，μ＝0.25。

滑板式控制閥的Aslot不等同于常見(jiàn)的直通單座控制閥的閥芯Aseat，它遠(yuǎn)比直通單座控制閥閥芯受不平衡力有效面積Aseat要小得多。公式（2）是上海源冠自控設(shè)備有限公司的技術(shù)人員，將同口徑和壓力等級(jí)、相近流量系數(shù)的直通單座控制閥和滑板式控制閥在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)對(duì)比所得到的模擬數(shù)據(jù)計(jì)算。

式中：ASeat——閥芯有效面積

由公式（2）可知：在相同的工況條件下，流體介質(zhì)對(duì)滑板式控制閥不平衡力約是直通單座控制閥不平衡力的1/10。

當(dāng)然，克服控制閥的不平衡力，可以通過(guò)提高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力來(lái)實(shí)現(xiàn)，但需要增大執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸同時(shí)加粗閥桿以提高閥桿的強(qiáng)度；但是直通單座控制閥在關(guān)閉時(shí)閥芯與閥座的撞擊和摩擦還是不可避免的，密封泄漏難以得到長(zhǎng)期保證。而滑板式控制閥只需較小的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就可以輕松克服不平衡力對(duì)控制閥的影響，在微小開(kāi)度時(shí)不會(huì)因不平衡力特別大而引起控制波動(dòng)，同時(shí)在關(guān)閉時(shí)只是動(dòng)滑板與定滑板之間的節(jié)流槽位置的錯(cuò)開(kāi)，沒(méi)有撞擊，并且在閥前壓力的作用下使得動(dòng)滑板能更緊密地與定滑板貼在一起，再也不用擔(dān)心傳統(tǒng)直通閥的閥芯閥座關(guān)閉時(shí)所產(chǎn)生的撞擊帶來(lái)的閥座損壞和密封泄漏問(wèn)題。

以下通過(guò)蘇州化工廠滑板式控制閥實(shí)際應(yīng)用案例作簡(jiǎn)單介紹。

在蘇州化工廠的工況條件為：

流體介質(zhì)：蒸汽；管道口徑：DN15；閥前壓力：0.6 MPa（G），閥后壓力：0.5 MPa（G）；最大流量：10 kg/h，正常流量：5 kg/h，最小流量：1 kg/h；操作溫度：150℃。

用戶以前使用直通單座控制閥，實(shí)際工況下的開(kāi)度很小，均在10%開(kāi)度以下，因此控制閥的工作極不穩(wěn)定，即使采用手動(dòng)控制，流量也常難以得到保證，更不能使控制系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，投運(yùn)使用一段時(shí)間后控制閥的泄漏量增大，經(jīng)常要對(duì)該閥進(jìn)行維修工作。

該公司依據(jù)蘇州化工廠這一特定的工況條件，經(jīng)計(jì)算，選擇V8020氣動(dòng)滑板式控制閥，其公稱(chēng)口徑DN15，額定Cv值選擇了0.3。

對(duì)應(yīng)最大流量時(shí)的Cv值為0.209，控制閥的開(kāi)度為68%；對(duì)應(yīng)正常流量時(shí)的C v值為0.104，控制閥的開(kāi)度為33%；對(duì)應(yīng)最小流量時(shí)的Cv值為0.02，控制閥的開(kāi)度為7.2%。經(jīng)過(guò)6年多的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)使用，滑板式控制閥的控制穩(wěn)定而有效，自控系統(tǒng)也投入了自動(dòng)，自投用以來(lái)未對(duì)該控制閥進(jìn)行維修維護(hù)工作。（上海源冠自控設(shè)備有限公司）