各类多级降压调节阀的特点及选用

系统介绍了多级减压调节阀的常见结构类型和特点。本文总结了用户在可压缩介质工况下根据具体要求计算调节阀CV值的常用方法，为用户了解多级减压调节阀的特点、合理选型提供参考。

一、前言

在现代工业生产过程中，调节阀是用于控制系统以改变管道中流体流量的装置。它是管道系统中的终端控制元件，起着分配流体介质和调节流体流量的重要作用。近年来，随着工业技术的不断进步，实际生产中的高温、高压等特殊工况也对调​​节阀提出了更高的要求。特别是用于高压差应用的控制阀，由于流量大，内部节流部件经常发生冲蚀和腐蚀。同时，它们也伴随着气蚀、气蚀引起的噪声和振动等危害各类多级降压调节阀的特点及选用，给安全生产带来了影响。存在重大隐患。因此，国内外一些厂家分别研发了专门用于高压差工况的多级减压结构调节阀。

本文介绍了各种常见类型的多级减压调节阀的结构、工作原理和特点。并针对可压缩工况，总结了用户根据实际所需流量计算调节阀CV值的常用方法。为用户了解多级减压调节阀的特点并做出合理选型提供参考。

2、多级减压调节阀的常见类型及特点

调节阀中产生气蚀现象的根本原因是阀前后压差太大。一般认为，当Δp>2.5MPa时，流体介质进入阀门内部节流位置时压力突然下降，在最小流通截面积处压力降至最低。当这个压力低于流体在当前温度下的饱和蒸气压时，部分液体就会汽化，形成大量微小气泡。当流体流经孔板且压力升高时，这些气泡就会破裂并恢复到液体状态，对阀体、阀芯等部件产生冲击，引起噪声和振动。和其他危险。近年来，国内外一些控制阀制造商开发了专门用于恶劣工况的各类抗气蚀多级减压控制阀。常见的多级减压调节阀分为三类。尽管它们的结构不同，但它们具有共同的工作原理。它们都是通过改变结构来减小级间总压差，使各级压降Δp1小于引起空化的临界压差，从而有效避免了空化等危害的发生。

1、复叠调节阀

串级多级减压结构如图1所示。该结构将原来的整体节流区域与多个独立的节流区域串联起来，从而将较大的压差转化为多个较小的压差。压力差保证了每个降压范围都控制在饱和蒸气压以上，从而不再发生空化。

图1 复叠调节阀

串级控制阀多用于液体介质工作的场合。其特点是：

1）可减小启闭过程中的连续压差。每级节流阀的动作滞后于前一级，可以逐渐减少启闭过程中作用在阀口上的持续高压，分担负担。第一级孔口的压力。

2）流动阻力小，可用于流体清洁度不高，甚至固液两相流的场合。

3）复叠阀芯一般采用碳化钨喷射硬化处理，具有良好的抗冲蚀、抗气蚀性能。

4）与其他多级减压调节阀相比，制造工艺更简单，加工方便，制造成本相对较低。

5）串级控制阀一般减压级数有限，多为3～4级，不能用于压差太大的场合。

2、多层套筒式调节阀

多层套筒式多级降压结构如图2所示，常用于电站或化工行业。

图2 多层套筒式调节阀

多层套筒式调节阀的典型结构特点是阀芯的节流部分由多层加工有小孔的套筒组成。每层套管之间有一定的间隙，以缓冲流体流经套管时。 ，从而将流体速度控制在一定范围内。

其特点是：

1）多级套筒式调节阀的减压级数可以设计得较多。减压能力比复叠式更强，能够在高压差情况下运行。

2）多层套筒结构不仅可以满足更高的压降要求，而且可以保证运行时更大的流量。

3）抗气蚀性能好。当用于液体介质时，流体从最外套筒流向最内套筒。液体介质在套筒内逐渐减压，减少空化和空化的发生，流体最终从最内套筒流出。套筒上的小孔喷射到中心阀腔区域，使气泡在套筒中心破裂，而不直接对阀门金属表面造成损坏。

4）抗噪声、抗振动性能好。用于气体介质时，从套筒内部流向外部。套筒外侧的孔径和间隙较内侧增大，使气体介质在逐级减压过程中能够持续流动。扩容可以有效减少噪音和振动带来的危害。

5）套筒加工工艺复杂，成本高。但安装维护方便，更换方便。

3、迷宫式调节阀

迷宫盘式多级减压结构如图3所示，其核心节流部分由多个带有迷宫槽的金属盘叠加而成。流体在迷宫流道中流动，经过多次碰撞和转弯，消耗能量。在逐步减压的过程中，流量也受到控制。

图3 迷宫式调节阀

一般用于核能、电厂​​等行业高温、高压降的特殊场合。工作介质多为过热蒸汽，但也可用于液体介质。其特点如下。

1）迷宫流道的回转级数就是迷宫调节阀的降压级数，一般可以达到十到二十级以上。因此，迷宫式多级减压结构是最常见的多级减压调节器。能力最强的，国外有产品可以达到40MPa。

2）优良的抗气蚀和降噪减振性能。多级回转迷宫流道可有效控制流体流量，避免空化、噪声、振动等不良现象的发生。

3）迷宫调节阀通过不同形式的迷宫阀瓣组合，可以实现不同的流量特性调节曲线。

4）迷宫盘的制造精度很高。它们一般由合金制成，使用寿命长。它们的安装和维护相对简单，并且光盘易于更换。

5）迷宫流道对流体介质的清洁度要求较高，否则迷宫流道容易发生堵塞。

3、多级减压调节阀CV值的计算

流量系数（CV）一般用来表示阀门的流通能力。为了选择合适的调节阀，必须根据使用条件计算出必要的CV值，然后根据额定流量系数选择合适的调节阀型号。在可压缩条件下，流体在节流过程中压力减小，体积膨胀，密度减小。阀门内的流动情况比不可压缩阀门复杂得多。因此，对于一般在可压缩工况下使用的多级减压控制阀来说，流量系数的计算方法也比较特殊。典型可压缩工况下CV值的计算主要包括压缩系数法和膨胀系数法。常用方法。

1、压缩系数法

压缩系数法由苏联于20世纪50年代提出，是早期计算可压缩条件下流量系数的公式之一。压缩系数法考虑了气体的压缩性，在一般液体计算公式中加入气体压缩系数ε来修正液体计算公式。该方法大大简化了计算模型。它将不同类型的控制阀简化为同一个流量喷嘴。然后认为气体介质在喷嘴内流动的过程是绝热过程，然后利用能量平衡方程推导了计算公式。现在：

(1)

式中，γN——标准状态下的气体重量，单位为kgf/m3（1kgf=9.8N）；

Q——标准工况下的体积流量，单位为m3/h；

T——气体温度，单位为K；

p1——阀前压力，单位kgf/m2（1kgf=9.8N）；

Δp——阀前后压力差，单位kgf/m2。

压缩系数ε可通过试验确定。一般空气试验可得：

(2)

除压缩系数法外，早期还有阀前密度法、阀后密度法、平均密度法等。早期公式只能适用于压力恢复程度不高的情况，在非临界流量区间能保证良好的计算精度。但由于公式简化了计算模型，当Δp/p1增大到临界压差比时，会产生较大的误差，无法满足过渡区和临界区的要求。

2、膨胀系数法

鉴于早期的计算公式没有考虑阀门的压力恢复特性对计算的影响，20世纪70年代，国外一些厂家提出了一系列以膨胀系数法、多项式法和正弦法，并修改了早期的公式。改进后，可以更好地满足从非关键区域到关键区域的计算精度。与早期的公式相比，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，膨胀系数法因其计算简单而被IEC推荐为标准公式。膨胀系数法是在液体条件下的计算公式的基础上引入膨胀系数Y进行修正而推导出来的。当Y=1时，膨胀系数法也适用于不可压缩液体条件。

(3)

式中，ρN——标准状态下的气体密度，单位为kg/m3；

Q——标准工况下的体积流量，单位为m3/h；

T1——进气温度，单位为K；

p1——阀前压力，单位kPa；

X——压差比，X=Δp/p1；

Z——压缩系数。

膨胀系数Y是指相同雷诺数下可压缩介质的流量系数与不可压缩介质的流量系数之比。它代表流体从阀门入口流向孔口下游流通面积最小的缩腔断面时的密度变化，以及压差变化时缩腔断面面积的变化。

(4)

式中，FK——比热比系数，FK=K/1.4。

由于计算公式本身不包括上游条件下流体的实际密度，因此膨胀系数法引入压缩系数Z来补偿一定条件下实际气体与理想气体的偏差。膨胀系数Y用于修正从阀门进口到喉部的气体密度变化。 Y与喉部面积与入口面积之比、流道形状、压差比X、雷诺数、比热比系数FK等因素有关。 。膨胀系数法综合考虑了影响可压缩流体流量的多种因素，因此在整个流量范围内能保证较高的计算精度，适用于各种类型的阀门，应用广泛。

4. 结论

高压差工况下使用的多级减压调节阀作为管道系统中的关键设备，在控制过程中起着至关重要的作用。本文系统介绍了三种常见类型的多级减压调节阀产品的工作原理、核心结构、特点及适用场合，为用户了解多级减压调节的基本类型和特点提供信息阀门。参考。另外，由于多级减压控制阀常用于可压缩工况，本文还对可压缩工况下流量系数的典型计算方法进行了总结和总结，以便用户能够在正确的基础上对控制阀进行具体计算。计算方法。型号可供选择。总之，本文为用户了解高压差场合专用多级减压调节阀的特点并进行合理选型提供了一定的参考。