1 概述 近年來在火力發(fā)電廠、石油化工等工業(yè)部門，流體壓力向更高的壓降方向發(fā)展，許多場合需要高壓降調節(jié)閥。常規(guī)調節(jié)閥滿足不了這方面的要求，因為高速流體通過調節(jié)閥節(jié)流面，使閥內件迅速沖蝕，從而造成調節(jié)閥失效。雖然閥內組件采用抗沖蝕鈷基硬質合金，減輕了沖蝕，但是使用效果仍然不能令人滿意。如采用17-4PH、455、610FM、硬化鉻不銹鋼等材料，盡管它們在耐沖刷、耐高溫方面具有較好的性能，但是仍不能解決閥內組件的沖蝕問題。
流體通過調節(jié)閥，壓力降低到飽和蒸汽壓力以下，形成很多微小氣泡（稱為閃蒸），接著壓力回升并高于此飽和蒸汽壓力時，液體中的微小氣泡破裂（此過程稱為空化），所有的能量集中在破裂點上，產生極大的沖擊力，造成對調節(jié)閥的氣蝕，其結果造成調節(jié)閥報廢。在工作實踐中，管道設計師完全知道空化的破壞作用，并且千方百計避免空化發(fā)生。但是實際系統(tǒng)或系統(tǒng)設備的變化會改變系統(tǒng)的壓力條件，而使液體發(fā)生空化，其中破壞*嚴重的當屬調節(jié)閥產品。
??們知道噪音通常是高壓降的產物。考慮到有些噪音的不可避免性，特制訂了一些法規(guī)來限制工業(yè)噪音。調節(jié)閥的設計要符合這些法規(guī)。
如前所述，材料的選擇不能解決空化問題，還得直接從調節(jié)閥的結構設計來解決，這是顯而易見的。開發(fā)一種新穎調節(jié)閥來滿足這些工況條件似乎是極端困難的，例如，消除高壓降調節(jié)閥的噪音本身是一項艱巨工作，不過，下面介紹的調節(jié)閥結構，使用效果令人鼓舞，它是解決空化問題的有效方法。
2 降壓調節(jié)閥設計原理
實踐證明，不銹鋼經受120m/s高速流體的沖刷，不會出現(xiàn)嚴重的磨損，用壓力公式表示為：
h=v2/2g=1202/2×9.8=734.7m≈7.1MPa（水）
式中 h--水柱高度（m或MPa）
v--流體速度（m/s）
g--是重力加速度（9.8m/s2）
也就是說，壓力降等于7MPa左右。所以高壓流體的壓力必須逐級降低，每級限制在7MPa以內。圖1（a）和圖1（b）是兩種調節(jié)閥結構，在調節(jié)閥壓降一定時，每級限制的壓力降與級數(shù)成比例關系。
應該指出，這兩種調節(jié)閥控制流體流動的節(jié)流口與閥座表面是完全分開的，所以連續(xù)節(jié)流對零件的沖蝕不影響閥座的密封性。
在圖1（a）的調節(jié)閥內流體通過**節(jié)流后，改變90°角度向下流動，而在圖1（b）的調節(jié)閥內流體通過**節(jié)流后，改變60°角度向下流動閥內組件流出的液體產生旋轉運動，水的密度增加，通過離心作用，迫使水沖擊管壁。重量較輕的氣泡仍保持在流體的中心，它們的破裂對管壁不造成破壞。在流體流動過程中，流體以紊流的形式消耗高速流體的能量，防止空化產生。
為了保證流通能力、流量特性，本設計改變閥芯開口槽在節(jié)流套筒中的位置并改變流體的流通面積，以達到調節(jié)流量的目的。流體流通面積的設計具有兩個優(yōu)點：一是把流體破壞性的邊界速度維持在*小程度；二是設有一個*大的間隙通道，讓液體中的固體顆粒通過節(jié)流區(qū)域，把磨損減少到*小程度。
高速流動總是伴隨著巨大的噪音，流速低于120m/s，沒有噪音。所以設計上使液體通過調節(jié)閥的速度不超過120m/s，或者把壓降限制在7MPa以下，噪音不會很大。
3 調節(jié)閥的結構
液體從閥芯上部流入閥內，分成2股或3股向下流動，方向改變90°或60°后逐級向下流動，并且流動方向每經過**而改變一次。當流體離開出口時，除了有向前運動的速度之外，還有旋轉運動的速度。
節(jié)流級數(shù)的多少取決于閥上的總壓降。**系數(shù)選擇大一點的話，每個節(jié)流級的壓降不超過5MPa。甚至為了使閥芯的扭距達到平衡，也要多加幾個節(jié)流級。閥座密封面呈角型以提高密封性，閥芯與節(jié)流襯套之間間隙要保持*小，這樣閥芯稍微打開，保證閥座密封面到節(jié)流級的壓降能有效地轉化成能量損失，閥芯再往上移動，同時打開全部節(jié)流級的節(jié)流口，直到達到*大流量為止。
設計這種調節(jié)閥結構時，*主要是保證使用壽命長，但也要考慮到維修簡單。采用閥座與節(jié)流襯套緊配合結構，并由套筒壓緊，實現(xiàn)拆卸方便。上閥蓋設有雙層填料結構，節(jié)流襯套和上閥蓋之間用纏繞墊片密封，只要機加工公差保持在規(guī)定的范圍內，就可保證密封**嚴密。
調節(jié)閥配用薄膜彈簧執(zhí)行機構或電動執(zhí)行機構，公稱通徑DN25~DN80，采用非壓力平衡式的結構，閥座與閥桿面積幾乎相等，所以不需要很大的推力。
隨著現(xiàn)代機械加工方法的發(fā)展，任意形狀的開口槽都可加工。我們曾研究過許多不同形狀的開口槽，實踐表明，用常規(guī)的齒輪銑刀加工出的開口槽，它的流量特性接近于等百分比流量特性。由于存在著許多阻力，所以特性曲線也稍有變化，圖2是這種調節(jié)閥典型的流量特性曲線。
4 應用
我們開發(fā)這種調節(jié)閥的主要目的是滿足火力發(fā)電廠高壓降的需要，此外，給水泵再循環(huán)、再熱器和過熱器的噴水降溫都需要這種調節(jié)閥。給水泵再循環(huán)大部分需要二位式調節(jié)閥，即系統(tǒng)發(fā)生故障時調節(jié)閥全開，保證給水泵不受破壞，薄膜彈簧執(zhí)行機構帶上一臺三通電磁閥就能滿足這種工藝要求。在正常運行情況下，工廠的供氣通過過濾減壓閥及電磁閥輸入到執(zhí)行機構的氣室。一旦氣源出現(xiàn)故障，執(zhí)行機構中的彈簧使閥迅速打開。根據(jù)需要，也可使執(zhí)行機構推桿向相反的方向動作，把調節(jié)閥關閉。
過熱減溫器的噴水調節(jié)閥，要求帶一臺定位器，它根據(jù)溫度調節(jié)器的輸出信號控制調節(jié)閥的動作，調節(jié)閥也能實現(xiàn)故障**保護。
在二位式和調節(jié)式兩種應用場合，證明這種調節(jié)閥流量特性是很好的。此類調節(jié)閥自開發(fā)以來，已應用于姚孟電廠、大壩電廠、高井電廠等。1997年10月和12月，此類調節(jié)閥又分別在河北陡河電廠和揚子熱電廠投入使用，周期檢查發(fā)現(xiàn)閥內組件沒有受到空化破壞，經過18個月的連續(xù)運行，記錄表明調節(jié)閥仍然保持良好的密封性。
5 結束語
實踐證明這種防空化多級降壓調節(jié)閥能有效地消除流體高壓降所引起的破壞作用。對于一個似乎難于解決的空化問題，采用逐級降壓、不斷改變流體流動方向來消耗能量的設計概念是一個簡單而切實可行的方法。從調節(jié)閥結構本身來解決高壓降調節(jié)閥的沖蝕、閃蒸、空化、氣蝕和噪音問題是一個有效的方法，保證了高壓降調節(jié)閥的長期使用及穩(wěn)定可靠的調節(jié)效果。