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低噪音迷宮閥設計

【摘要】:
低噪音迷宮調節閥設計無錫卓爾閥業有限公司吳杰高級工程師?一.概述?低噪音迷宮調節閥是一種流體壓力平衡型套筒閥(圖1),該閥適合于對高壓差流體的控制。由于采用了迷宮套筒,可以完全控制流體流經閥內件時的流速,從而大幅度降低了高壓差氣體、蒸汽產生的噪音,能有效防止液體產生汽蝕,提高閥門的使用壽命。??二.迷宮結構原理?迷宮套筒是由多片迷宮芯片疊加后經真空釬焊而成。芯片的結構如圖3所示。芯片表面刻有多條彎
低噪音迷宮調節閥設計
無錫卓爾閥業有限公司 吳杰 高級工程師
  一.概述
  低噪音迷宮調節閥是一種流體壓力平衡型套筒閥(圖1),該閥適合于對高壓差流體的控制。由于采用了迷宮套筒,可以完全控制流體流經閥內件時的流速,從而大幅度降低了高壓差氣體、蒸汽產生的噪音,能有效防止液體產生汽蝕,提高閥門的使用壽命。
 
  二.迷宮結構原理
  迷宮套筒是由多片迷宮芯片疊加后經真空釬焊而成。芯片的結構如圖3所示。芯片表面刻有多條彎曲的溝槽,彎曲的溝槽增加了流體運動的阻尼,起到了多級降壓作用,使壓降平均分布在各個拐角處,從而達到有效控制流速的目的。圖2 中波谷P3和波峰V3表示高壓差流體通過調節閥節流斷面時引起的壓力大幅下降以及速度劇增,結果會產生巨大的噪音以及對閥內件的沖刷、汽蝕等嚴重不良后果。而采用迷宮套筒后,壓力—速度曲線變得平穩過渡。既達到調節閥降壓、調節流量的目的,又消除了一切不良后果,提高了閥門壽命。
  三.流路設計
  圖3中所示液體的流向為側進底出,而氣體、蒸汽則相反為底進側出。這是因為液體是不可壓縮性流體,采用側進底出可使芯片內各流路出口處的高速液體在迷宮套筒中心軸線上互相碰撞,抵消各自能量,形成一個液體緩沖墊,從而進一步降低流速,減少了高速液體對閥體及閥內件的沖刷;高壓差氣體、蒸汽是可壓縮性流體,經迷宮芯片降壓后, 體積急劇膨脹,這就要求出口處流路的流通截面積大于入口處,故采用底進側出,否則會影響降壓效果。
閥體通路設計時,首先要根據閥門通徑D (見圖4) 選定迷宮套筒的外徑尺寸D1,然后再設計閥體內腔尺寸D2。對小口徑(小于50mm)閥門,套筒中心與閥體中心同心,而對于50mm以上閥門,則最好將套筒中心與閥體中心偏心設計,通過偏心量e來控制從迷宮套筒內流出的各個方向流體的速度(液體的運動方向正好相反)。使V1>V2>V3,這樣各路流體到達閥出口處時,其運動度就基本一致,從而避免產生渦流。
  四.材料選擇
  主要是閥內件材料的選擇,包括閥芯、閥座、迷宮套筒。選擇材料時要考慮到材料的熱膨脹系數和熱處理后的硬度。即套筒的熱膨脹系數≥閥芯的熱膨脹系數,套筒和閥芯都要有一定的硬度或硬度差,以防止工作時閥內件咬死,提高閥門壽命。具體材料選擇可參考下表:
 
名    稱 材 料 Ⅰ 材 料 Ⅱ 材 料 Ⅲ 材 料 Ⅳ
迷宮套筒 1Cr13/熱處理 SUS316 SUS316 SUS316
閥    芯 1Cr13/熱處理 SUS316 SUS316/部分堆焊司太萊合金.鍍硬鉻  SUS316/全部堆焊司太萊合金 
閥    座 1Cr13/熱處理 SUS316/TEFLON SUS316/部分堆焊司太萊合金  SUS316/全部堆焊司太萊合金 

  五.迷宮芯片設計及Cv計算
  設計芯片時主要考慮到流體的降壓及氣體體積的膨脹,因此設計每個溝槽流路時要將流通截面積按一定比例逐級等比放大。圖5中入口槽寬度為W,第一個拐角處寬為r×W,第n個拐角處寬為rn×W。r為擴張系數即等比系數,圖中Wmin為芯片釬焊時各溝槽之間的最小距離。在 保證Wmin的前提下,每片芯片上的溝槽流路數越多,則芯片流通能力越大。芯片流通能力可用下式計算:
Cvd=h×W×N×K1
其中:
Cvd---單片芯片的流通能力
h---溝槽深度 單位 in(英寸)
W---槽入口寬度 單位 in(英寸)
N---溝槽流路數
K1---單片芯片流通系數系數(取決于擴張系數r及拐角數n)
擴張系數r可取1~1.2,單個溝槽流路上的拐角數n取決于壓差。壓差越大,n數增加,同時K也就變小,Cvdisc隨之減小。例如:r = 1.072時,n = 2,K = 19.7;n = 8,K = 13.7迷宮閥的總流通能力Cv受二個因素影響:閥座流通能力Cvb及迷宮套筒流通能力Cvc。從理論上講提高Cvb或Cvc都可以使閥的Cv增加。但閥座流通能力Cvb取決于閥的公稱通徑,公稱通徑確定后,一般閥座直徑也就定下來了,所以Cvb是定值。此時閥的Cv隨Cvc的變化而變化。然而,當Cvc>Cvb時,繼續提高Cvc,閥的Cv幾乎沒什么變化。因為此時閥的Cv又受制于Cvb。Cvc若設計得太大,迷宮的尺寸就很大,價格就變得很貴。所以Cvc的最大值應是接近于Cvb,即Cvc≈Cvb。
閥門的總流通能力:
圖5 芯片溝槽設計
  六.結束語
  低噪音迷宮調節閥已在生產實踐中廣泛使用,并在控制噪音、防止汽蝕方面取得優異的成果。本文所給出的設計思路及經驗計算公式,旨在供同行參考。有錯誤之處,謹請批評指正。
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