小流量控制阀的定义



    当还没有严格的界限时,这里所说的小流量是指Cv值为0.05或更小。在工业系统的许多应用中、对常压下的少量物料或极高压差下稍大的物料量都要求有精确的控制。这时计算的Cv值都是很小的。这可以用在产量极少的中间实验装置或用在把少量试剂加到大量工艺流体的工业设备。理论最小Cv值是0.00001,如图25所表示,小流量所包括的Cv范围比相当于普通阀门尺寸从1英寸至16英寸所包含的范围。
    在考虑使用这些小流量阀时,选用的准则和那些常规控制阀大不相同。例如:和控制阀串接的摩擦损失很小,也没有不利的泵压头特性。不要求有真正的等百分比特性。主要的设计问题是认真研究实际所需的流量范围。Cv值变得越小就越成为理论值。它们作为流通能力的指标是有用的;但精确性和重复性却值得怀疑,因为在许多情况下,由于通过节流部分的流体可能是层流,也可能是层流和紊流的混合,这种混合流动随阀门行程的变化或流动条件而改变。
    从设计观点上看,需要流体节流的实际尺寸确实很小;但许多小流量的应用涉及高压差并伴随着磨损的问题,这个事实就带来了更多的难题。
    在标准阀的设计中,流通能力主要由阀座孔的直径来决定。当流通能力减少,实际的最小直径达到1/16英寸。这样,孔的理论Cv值近似为0.06或者接近于小流量范围的上限。主要用减少阀芯行程或限制通道口开度的方法来使它更进一步减小。
    图26表示了一种有趣的短行程阀的例子。在这种结构中,一个合成的蓝宝石球体通过一个硬金属小孔来调节流量。特殊设计的执行机构带有可变的气动反馈,使行程可以调整,因此,3—15磅/英寸!的信号就包括了很宽的CV范围。
    在很高的压力下使用,短行程执行机构很适合于平稳的节流作用,另一种方法是利用气动执行机构来驱动臂杆,稍加转动就带动了有螺纹的阀芯阀杆,在这种系统中采用了两种不同螺矩的螺纹以进一步限制行程.用这个方法可以把行程限制到小于0.005英寸,图27表示这种例子的结构。图28表示另一种结构,采用这个基本方法,但带有比值可变的连杆机构。在这个装置中,阀芯的最大行程是0.188英寸,对于额定行程为3/4英寸的执行机构,其行程可减少至1/4。用这种方法可以使行程减小到最小值0.010英寸。这就允许在现场大范围调整流通能力,同时也为高压差操作提供高的操作力。这两种特殊阀都使用一个简单的锥形阀芯。对于极小的流量,则使用一个精致的锥销,并在锥孔中调节。
    对于少数严格的使用场合,可利用锥形针或带铣槽的柱塞在孔中调节,孔径范围从1/8英寸到1/4英寸,这种类型的阀门行程约为1/2英寸。这种小流量阀内件在工厂应用时可安装在普通球阀的阀体中,但可以显著地减小阀体和执行机构两者的尺寸,如图29所示。这些阀重量轻、紧凑、很适用于实验装置的操作。
    已经说过,当尺寸减小时,小流量阀内件的Cv值的意义不大。幸而,在阀座孔得到很大的有效流量范围。除了阀行程可调之外,阀内件易于替换,而且,若用许多一样的阀门,修几套阀内件的费用也不高,因为对一样的阀体,都是可互换的。
    用常规公式来计算所要求的Cv值,然后为所用的特定阀门选用接近最大尺寸的阀内件。假如实际操作时这些阀内件太小,可以用简单地增加阀行程或稍为修正阀芯的方法来提高流通能力。
图25 控制阀Cv值的对数图表示了对小流量使用要求的全部范围
 
图26 小流量阀有球阀芯,执行机构行程可变,Cv范围宽
 
图27 利用不同螺距的螺纹得到短行程的特殊旋转式执行机构
 
图28 连杆机构可变,行程比大于10,应用灵活
 
图29 小型的阀门和执行机构带柱塞或针形阀芯,适用于试验装置


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