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关于KOSO VeCTor系列流速控制阀的特点及其应用

1简介

在实际运用中为使装置的效益最大化,必须保证设备在较长周期内正常可靠地运行。而提高设备(特别是控制阀)的使用寿命、可靠性、控制精度、降低噪音是非常重要的课题。普通控制阀应用在高温、高压差等苛刻工况条件,极易因高流速使调节阀和管道产生振动、噪音及冲蚀和气蚀破坏,甚至使系统失效,降低控制精度,增加运行成本。如此苛刻工况应用,必须下功夫研究阀内流体流动状态,设计与普通控制阀全然不同的新阀门。普通控制阀应用于苛刻工况场合经常出现的问题,如图1所示。

图1 各种损坏情况

KOSO-VeCTor系列的多级降压型套筒(迷宫式套筒)控制阀,高压差产生的高能量由阀内件逐级分担、平稳地吸收,从而控制流速,能很好地解决气蚀、冲蚀、振动、噪音等问题。

2 控制原理和产品介绍

流体的压力若降低到饱和蒸汽压以下的话,将发生闪蒸及产生气泡。

如图2所示,在一般的球形阀中,液体通过最小缩流端面时,阀入口的流体条件(P1及流速V1)加速到速度Vvc,压力降到Pvc(饱和蒸汽压以下)。在此状态下,流体中将产生气泡。然后,压力急速恢复到P2,流速也下降到V2。流体在恢复过程中,高于饱和蒸汽压Pv的时候,在Pvc点产生的气泡因压力上升压迫而破裂。这个现象就是气蚀。因气蚀而释放出的能量,即使堆焊了STELLITE合金的阀内件也会产生严重的破坏,损坏部位呈蜂窝状。

图2 普通阀阀内件的压力和流速

KOSO-VeCTor系列控制阀如图3所示,是控制通过阀内件部位液体的流速,所以不会使最小缩流端面的压力下降到流体的饱和蒸汽压以下。

图3 流速控制阀的压力和流速

连续的流体若速度过快的话,其压力降低是和速度增加的平方成正比。不控制流速的普通阀,流体在其最小缩流端面处的流速最大。此时,如果压力降低到流体在该温度下的饱和蒸汽压以下的话,将发生闪蒸或气蚀。对于这一点,VeCTor系列通过控制流速,使压降逐级降低,不仅限制了出口处的压力,还限制了阀内件部位的压力。简而言之,VeCTor系列,即使在接近于闪蒸条件(饱和蒸汽压)的应用场合,也能防止气蚀发生。

图4表示了普通阀和KOSOVeCTor系列流速控制原理示意图。普通阀其阀内部的流速与动能(Velocity head),在最小缩流端面为最大,急速地损伤阀的主要部件。KOSO-VeCTor系列在流路上设置拐角(LEVEL),原理是:流路的截面积保持不变,流体变向时流速不变的情况下使Velocity head转换成Pressure dorp。通过“LEVEL”的重复,逐级降压,达到完全地控制流速。如图4所示。

图4 普通阀和KOSO-VeCTor系列流速控制原理图

KOSO-VeCTor阀压力恢复系数FL,气蚀系数Kc均是接近于1。

从以上这些理由可知,KOSO-VeCTor阀因设计的流路是最适合于苛刻使用条件的,故可保持出口的低流速,使其不因液体的气蚀或在气体控制中因高流速产生极大的噪音。与普通套筒及多孔式套筒调节阀内件等有着根本不同的原理,即是控制通过阀内件部位流体的流速。

在使用单座或多孔式阀内件等通用阀内件来控制流体的场合,通过最小缩流端面的流体流速最快。因冲刷、磨损而加速损坏阀的主要部件,且阀自身在损坏之前其控制性能也将降低,产生极大的噪音、激烈振动的问题。而且,更为严重的是,在生产过程中将引起生产质量和能力的降低。

VeCTor系列阀内件特征:流体被分割成很多并列的细流,且该并列的细流又形成反复的直角拐弯。将多枚具有该流路的芯片重叠而形成了套筒。根据芯片枚数的不同而可从Min.Cv到Max.Cv进行自由设计。流道用电火花加工(EDM)的方式制造,因为制造成本的原因,最适于大口径(3"以上阀芯),降压级数(LEVEL)较多(10级降压以上)的场合。

3 产品和技术特点

3.1 完全控制流速和能量

KOSO控制阀阀内件出口流速和动能标准如表1所示。

表1 KOSO控制阀阀内件出口流速和动能标准

注:液体场合,阀内件出口流速不大于100ft/s(30m/s);闪蒸场合不大于75ft/s(23m/s)。气体和蒸汽场合,阀内件出口动能不大于70psi(480kPa)。

阀内件流速比较如表2所示。

表2 阀内件流速比较表

从表2可知,压差283bar的水,流速控制在30m/s以下,需16级降压;压差269bar的天然气,能量控制在480kPa以下,需32级降压;对于多级孔板式套筒型等其它结构阀门是很难设计的,无法有效控制流速,而KOSO-VeCTor系列,芯片流道拐角数几乎可任意设计,甚至设计到100级(拐角)降压都有可能。如在300MW以上超临界机组用的锅炉给水泵最小流量循环阀,是电站系统中承受压差最大的阀门,达160~350bar,VeCTor系列阀也能很好地应用,彻底解决了使用其他阀门通常出现冲蚀、振动、噪音等问题。所以不管多高压降,只要选择足够的降压级数,均可完全控制流速或能量。

对于液体,消除了空化现象,从而从根本上消除了因气蚀而引起阀门严重破坏、振动和噪音,控制了流速或能量,从根本上消除了因高流速而引起的冲蚀。一般来说,冲蚀程度与流速成几何倍数关系,这样大大延长了使用寿命,提高了控制稳定性。

控制阀噪音有机械噪音、液体动力噪音、气体动力噪音等。其中危害最大的是气体动力噪音,可分为单级、双级、四级声源,均与流速密切相关,特别是双级、四级声源与流速几倍因次关系,噪音大。所以VeCTor系列阀控制了流速,相应地其噪音也可控制在要求的水平;由于VeCTor系列独特降噪结构,一般降压级数16级以上,能有效降低40db以上的噪音。

3.2 高可调比

由于芯片流道数、降压级数(拐角数)可任意设计,故其流通能力、能克服的最大压差也不同,可自由设计;由这些不同参数的芯片可组合成任意流量特性的套筒,大大增加可调比R,可达400。流量特性套筒由3类芯片组成:下部降压级数多、流道数少,流通能力最小;中部降压级数有所减少、流道数有所增加,流通能力有所增大;上部降压级数最少,流通能力最大。这样组合成各种所需的流量特性,而下部的降压级数多,可克服更大的压差。而其它结构的多级降压阀,流量特性不便特殊设计,小流量很难控制。

如锅炉给水阀,锅炉启动时压差达100~200Bar,流量小,正常运行时压差小,流量大,流量可调比要求75:1以上,经精心设计的1台VeCTor阀就能很好满足要求。

4 结论

综上所述,KOSO-VeCTor系列是对液体、气体或蒸汽等高压差条件下最为适合的控制阀,其设计解决了长久以来存在于苛刻条件下的应用问题,达到了所要求的耐久性、可靠性、控制精度等,已成功运用在很多成套装置上,获得了极高的评价和认可,大大降低了维修的次数。