3 调节阀的降压原理、结构特点及设计流程

高压差、小流量阀门易出现气蚀和振动，其主要失效模式：阀杆断裂、阀内件冲刷严重、密封面失效、连接处脱落，进而导致调节阀无法控制或失效。特殊工况下，调节阀除满足准确调节性能外，恰当的选材可提高零部件表面抗冲刷的能力，合理的结构设计能够均衡压差，从而减小介质对阀内件的气蚀和冲刷，提高阀门的使用寿命，故多采用多级降压结构。

3。1 多级降压原理

采用一级降压时，降压过程中，压力会小于介质饱和蒸汽压，从而产生闪蒸，随着阀门压力恢复至介质的饱和蒸汽压以上，阀门出现气蚀，对阀内表面、密封面等产生破坏。采用多级降压，介质压力逐渐下降，始终不低于介质的饱和蒸汽压，避免产生一级降压时的闪蒸和气蚀问题。降压原理如图2所示。

图2 降压原理图

3。2 调节阀的主要形式

多级降压通常可采用多级套筒式、迷宫式、多级串式、叠板集成块式节流组件调节阀。本课题主要调查研究目前比较常用的了串级式、套筒式以及迷宫式的结构特点和研究现状。经过分析了解后，决定本次课题将采用哪种结构进行设计并做流量分析。

3。2。1 串级式调节阀

串级式多级降压结构如图3所示，这种结构把原本的一个整体的节流区域以多个分开的节流区域互相串联，从而使较大的压差转换为多个较小的压差，使每一次的降压范围都控制在饱和蒸汽压以上，使空化现象不再出现。

图3 串级式调节阀

串级式调节阀多用于液体介质工作的场合，其特点在于：

启闭过程中每一级节流口的动作均滞后于上一级节流口，可以使在启闭过程时作用于阀口的持续高压逐级减轻，分担了第一级节流口的压力。流阻较小，可以胜任流体清洁度不高，甚至固液两相流的场合。串级式阀芯一般进行碳化钨喷涂硬化处理，抗冲刷汽蚀性能良好。制造过程与其他多级降压调节阀相比工艺简单，加工方便，制造成本也较为低廉。串级式调节阀一般降压级数多为3～4级，不能应用于压差过高的场合。

3。2。2 多层套筒式调节阀

多层套筒式多级降压结构如图4所示，多层套筒式调节阀典型结构特征是阀芯部分节流件由数层加工有小孔的套筒构成，每层套筒之间都留有一定的间隙，使流体流经套筒时得以缓冲，从而将流体速度控制在一定范围内。

图4 多层套筒式调节阀

其特点在于：

多级套筒式调节阀降压级数可以设计得较大，降压能力与串级式相比较强，能够胜任高压差的场合。多层套筒式结构既能满足较高的压降要求，同时又能在工作时保证较大的流量。抗汽蚀性能良好。抗噪声、振动性能良好。然而套筒加工过程比较复杂，成本较高。但安装与维护简便，易于更换。

3。2。3 迷宫式调节阀

迷宫盘片式多级降压结构如图5所示，其核心节流部分由多个开有迷宫式沟槽的金属盘片叠加而成。流体流经迷宫流道中经过多次碰撞转折，消耗能量，在逐级降压过程的同时，使流速也得到了控制。

图5 迷宫式调节阀

其特点如下：

迷宫流道的拐弯级数就是迷宫式调节阀的降压级数，一般可达十几到二十几级，所以迷宫式多级降压结构是常见多级降压调节阀中降压能力最强的。出色的抗汽蚀冲刷及消声减振性能，多级拐弯迷宫式流道可以有效地控制流体流速，避免空化、噪声及振动等不良现象的发生。通过使用不同形式的迷宫盘片进行组合，迷宫式调节阀可以达到不同的流量特性调节曲线。迷宫式盘片制造精度要求很高；安装与维护比较简便，盘片易更换。迷宫式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[5]。