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1 概述
     我國調(diào)節(jié)閥技術(shù)經(jīng)近30年的引進、革新和發(fā)展，有了很大的進步，但是同國際先進水平相比還有較大的差距，主要是高溫、高壓、大口徑調(diào)節(jié)閥存在卡塞、振動、噪聲大、驅(qū)動力矩過大、可靠性低、使用時間短、密封填料易漏等問題。同時在理論研究及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新上還不能跟上現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。軸流型調(diào)節(jié)閥是一種全新結(jié)構(gòu)的閥門，它吸取了套筒調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點，使套筒與閥芯在閥體內(nèi)腔順流道放置，流體在通過調(diào)節(jié)閥的過程中流向基本不發(fā)生改變，順管道軸向方向流動，這樣可以減小流道流阻，增大閥門的流通能力。
2 結(jié)構(gòu)
     軸流型調(diào)節(jié)閥改變了普通調(diào)節(jié)閥（圖1）的整體流通結(jié)構(gòu)，使介質(zhì)在閥內(nèi)軸向順環(huán)形流道流動，流體在閥體內(nèi)的流向轉(zhuǎn)變很小，能量損失較少。整體鑄造圓桶結(jié)構(gòu)更加適應(yīng)了承壓容器的受力要求，承壓性能好。普通調(diào)節(jié)閥的流通能力受球形閥體的S形流道結(jié)構(gòu)約束無法增大，其原因是介質(zhì)在流道內(nèi)經(jīng)多次的流向改變，易形成旋渦，互相碰撞，消耗能量。而且在口徑大于DN400mm時，閥的行程太長，調(diào)節(jié)靈敏度降低，整體結(jié)構(gòu)笨重，驅(qū)動力過大。軸流型調(diào)節(jié)閥的閥體流道順管線中介質(zhì)流向設(shè)計，并且在閥體內(nèi)腔設(shè)置流線圓錐狀導(dǎo)流罩，疏導(dǎo)流體的流速及流向，使管道流體分布均勻，壓力均衡。節(jié)流部件參考套簡閥的結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于軸流型調(diào)節(jié)閥將套筒順管道流向安裝，使閥芯在套筒內(nèi)軸向動作，閥芯可以設(shè)計為壓力平衡式結(jié)構(gòu)，抵消因節(jié)流口前后壓差引起的不平衡力，從而改善了普通調(diào)節(jié)閥口徑小，壓差小的約束。
3 工作原理
     軸流型調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)過程如圖2所示。介質(zhì)從閥體左端進入閥體內(nèi)腔，經(jīng)流線型導(dǎo)流罩的疏導(dǎo)作用將流體引入環(huán)型流道，即介質(zhì)是在閥體外壁與內(nèi)部導(dǎo)流殼形成的夾層空間流動。然后根據(jù)控制信號的大小，執(zhí)行機構(gòu)帶動傳動系統(tǒng)，使軸向閥桿拉動閥芯在套筒中滑動。在套筒的四周設(shè)計有不同調(diào)節(jié)特性的節(jié)流窗口，閥芯的移動引起節(jié)流口的大小變化，從而實現(xiàn)了流量及壓力的調(diào)節(jié)。

    當介質(zhì)從軸向弧狀流道進入外殼，錐型導(dǎo)流罩殼可以梳直流體，使流體速度分布均勻，這樣能量損失較小。然后經(jīng)過套筒窗口，向套筒中部集中，流出閥門。無論活塞在何位置，閥腔內(nèi)無論任何位置水流斷面均為環(huán)狀，在出口處向軸心收縮，從而避免因節(jié)流而可能產(chǎn)生的氣蝕對閥體和管道的破壞，而調(diào)節(jié)特性可以在套筒上開設(shè)不同形狀的窗口實現(xiàn)。軸流型流量調(diào)節(jié)閥能滿足各種特殊調(diào)節(jié)要求的工況。調(diào)節(jié)功能是靠一類似于活塞狀圓柱體閥芯在閥腔內(nèi)作軸向運動實現(xiàn)，它的行程與管內(nèi)介質(zhì)流向一致。介質(zhì)從軸向弧狀進入外殼，活塞閥內(nèi)的流道為軸對稱形，流體流過時不會產(chǎn)生紊流。
      軸流型調(diào)節(jié)閥閥體可設(shè)計成一個整體，具有高流通能力，流量特性可隨用戶需求更換套筒，能有效地避免氣蝕和震動。內(nèi)殼有流線型的導(dǎo)流筋和外殼相連，活塞用安裝在殼內(nèi)的斜齒條副或齒輪齒條副或曲柄連桿機構(gòu)操作。因而增加了力臂區(qū)間，使驅(qū)動力減小。軸流型調(diào)節(jié)閥可采用金屬對金屬及金屬與橡膠雙重密封結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)雙向氣泡級密封，從而達到密封系統(tǒng)使用壽命長，關(guān)閉嚴密。
4 性能分析
     普通調(diào)節(jié)閥的整體結(jié)構(gòu)是球形的。內(nèi)部流道基本上象一個平置的S形，流體進入閥體后經(jīng)過流向的多次轉(zhuǎn)變，特別是節(jié)流口前后有兩次90°的突然轉(zhuǎn)變，對流體動能的損失較大，因而流阻高。從流路上分析，其流路復(fù)雜，C_v值小，防堵差，尺寸大，動作不靈敏，外觀差。從移動方式分析，閥桿上下運動，滑動摩擦大，閥桿密封差，抗振動性能差。從結(jié)構(gòu)上分析，單密封允許壓差小，雙密封泄漏大，閥芯在中間，無法避開高速介質(zhì)的直接沖刷。影響使用壽命。
     軸流型調(diào)節(jié)閥解決了普通調(diào)節(jié)閥閥芯垂直節(jié)流，而介質(zhì)水平流進流出，閥腔內(nèi)流道轉(zhuǎn)彎，流路形狀復(fù)雜的（形狀如倒S型）狀態(tài)。這樣，就不存在介質(zhì)流動死區(qū)，不會造成堵塞。軸流結(jié)構(gòu)流阻低，內(nèi)外殼體整體鑄造，抗介質(zhì)脈動振動性好，使脈動壓力抵消在閥體內(nèi)壁，不直接作用于閥芯或套筒，適用于調(diào)節(jié)管道介質(zhì)流量、流態(tài)以及調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力的工況中。軸流結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選用使其適于污水堵塞滑道，不易結(jié)垢，不易卡阻。平衡式閥芯結(jié)構(gòu)使驅(qū)動裝置明顯減小。而軟硬雙重密封結(jié)構(gòu)，保證閥門滲漏量為零，可作為截止閥使用。
5 套筒設(shè)計
     工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的多樣性決定了調(diào)節(jié)閥必須具備靈活的可調(diào)結(jié)構(gòu)，軸流型調(diào)節(jié)閥要適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展也必須具備此特點。套筒是為適應(yīng)高壓差，大口徑的管道需要而設(shè)計的一種流量節(jié)流零件。套筒閥因其獨特的導(dǎo)向穩(wěn)定性和易于實現(xiàn)高精度調(diào)節(jié)被廣泛使用，套筒閥的發(fā)明使原有閥門的流通能力提高了20%。套筒是為解決單座閥流通能力過低，不平衡力大而設(shè)計的一種結(jié)構(gòu)，使用較廣泛。軸流型調(diào)節(jié)閥吸取了它的優(yōu)點，延用了此結(jié)構(gòu)。套筒（圖4）分為低噪聲式、線性特性式、等百分比式和低壓降比式等。
  5.1 低噪聲式套筒
    低噪聲套筒也分等百分比式和線性特性兩種調(diào)節(jié)特性，關(guān)鍵是將原大型孔口用幾組按一定規(guī)律排列的小孔代替（如圖4）。或設(shè)計成一組多層節(jié)流套筒組合的形式，使介質(zhì)分段降壓，并使聲波在進入小孔之前就相互撞擊，消耗能量。在設(shè)計套筒上孔的數(shù)量及孔的大小以及孔的排列方式上按小孔節(jié)流理論，根據(jù)設(shè)計壓差計算流速，使流束在套筒中間能夠互相碰撞，達到消耗聲能的目的。

   5.2 線性特性及等百分比式套筒 
     線性特性套筒是根據(jù)線形流量特性的要求，將套筒窗口的形狀數(shù)量按所設(shè)計閥流通能力的大小，將節(jié)流口按行程變化要求經(jīng)過理論與實驗修正得出的。即根據(jù)調(diào)節(jié)閥的相對流量與閥芯的相對位移成直線關(guān)系（即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)），即

      式中 Q— 實際流量，m³/s
              Q_max— 最大流量，m³/s
              l — 實際位移，m
              L— 套筒長度，m

      等百分比式套筒是根據(jù)等百分比式調(diào)節(jié)理論得出的，指閥桿的單位相對位移變化所引起的相對流量變化與該點的相對流量成正比。即

     
     5.3 低壓降比式套筒
      低壓降比式調(diào)節(jié)閥的套筒結(jié)構(gòu)與常見套筒閥的不同之處在于開窗形狀和開窗面積的不同。不同的流量特性通過不同的開窗面積分布來實現(xiàn)。圖5表示套筒開窗面積分布圖，其中窗口寬度y隨閥行程L的變化而變化。設(shè)計低壓降比式調(diào)節(jié)閥應(yīng)按以下步驟進行。

      ① 分析套筒開窗面積的相對值和絕對值的分布情況。
      ② 分析y=f（l）的關(guān)系，即隨著l 值的變化y值的變化，y值和相對行程h、壓降比s、總面積S有關(guān)，是比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系。在得到其函數(shù)關(guān)系后，可以得到邊界值y₁和y₃。
      ③ 計算開窗總面積，即閥的流通總面積，可按照流體力學(xué)的公式來計算。
      ④ 選擇套筒開窗結(jié)構(gòu)，套筒的開窗數(shù)通常取偶數(shù)，這樣有利于流體在套筒中互相沖擊而消耗靜壓能量，降低噪聲，減小振動。套筒的開窗面積也可以采用鉆孔的方法，即在套筒上鉆出數(shù)量不同或大小各異的孔，這種方法使開窗過程更為簡便，而且更有利于降低流體所產(chǎn)生的噪聲和振動。

      普通套筒閥的套筒開窗面積是按固有流量特性設(shè)計的，它與低壓降比式調(diào)節(jié)閥套筒的開窗面積的分布是不相同的。圖6是對同一尺寸的兩種套筒的開窗面積的對比。從圖中可以看出，在兩種套筒閥的開窗面積相同時，其形狀是不同的，也就是說，隨著行程變化所對應(yīng)的面積完全不同，這就使它們的固有特性與工作特性完全不同。
6 結(jié)語
    軸流型調(diào)節(jié)閥加工較復(fù)雜，但流阻低，流通能力強，靈敏度高，驅(qū)動力小，性能可靠，適用于脈動壓力及大口徑工況中。

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