摘要：介紹了一種新型調節(jié)閥--軸向調節(jié)閥的結構原理, 并將此結構的優(yōu)點同常用調節(jié)閥結構進行了分析對比, 進一步分析論證了關鍵零部件的設計方法。
  1、 前言
   我國調節(jié)閥技術經近三十年的引進革新發(fā)展, 有了巨大的進步, 但是同國際水平相比還有較大的差距, 主要表現在高溫、高壓、大口徑領域, 我國閥門普遍存在卡死、振動、噪音大、驅動力矩過大、可靠性低、壽命短、密封填料易漏等問題。同時在理論研究、結構創(chuàng)新上還不能跟上現代工業(yè)發(fā)展的需求。軸向調節(jié)型控制閥是一種有別于Cv3000 系列調節(jié)閥的全新結構閥門, 它拋開了常用調節(jié)閥球型閥體結構、“S”型流道的束縛, 吸取了套筒調節(jié)閥的優(yōu)點, 使套筒與閥芯在閥體內腔順流道放置, 流體在通過調節(jié)閥的過程中流向基本不發(fā)生改變,  順管道方向軸向流動, 這樣便可以減小流道流阻、增大閥門的流通能力。是一種值得調節(jié)閥研究工作者關注的閥門結構形式, 本文對其結構進行初略分析比較與同行交流, 以促進調節(jié)閥結構創(chuàng)新的研究。
  2、 軸向調節(jié)型控制閥整體結構介紹
   軸向調節(jié)型控制閥不同于傳統調節(jié)閥的流通方式, 它改變了以往調節(jié)閥的整體流通結構, 使介質在閥內軸向順環(huán)形流道流動, 流體在閥體內的流向轉變很小, 能量損失較少。整體鑄造圓桶結構更加適應了承壓容器的受力要求, 承壓性能好。傳統調節(jié)閥的流通能力,按球型閥體結構“S”形流道結構的約束無法進一步增大, 原因是介質在流道內經多次的流向改變, 介質在流道內易形成旋渦, 互相碰撞, 消耗能量。而且Cv3000系列調節(jié)閥在口徑大于DN400 時, 閥的行程太長調節(jié)靈敏度降低, 整體結構笨重, 驅動力過大。軸向控制閥避免了上述缺點, 使閥體流道順管線流向軸向設計,并且在閥體內腔設置流線圓錐導流罩, 疏導流體的流速及流束, 使管道流體分布均勻, 壓力均衡, 介質在閥的控制過程中流向基本不發(fā)生大的轉變。節(jié)流部件參考套筒閥的結構, 區(qū)別在于軸流閥將套筒順管道流向安裝, 使閥芯在套筒內軸向動作, 閥芯可以設計為壓力平衡式結構, 抵消因節(jié)流口前后壓差引起的不平衡力, 從而改善了常規(guī)閥口徑不能做大, 壓差不大的約束。
   如圖1所示，軸流型調節(jié)閥，由閥體、閥芯、套筒、閥座等零件組成。
             

  3、 軸向調節(jié)型控制閥的動作原理
     作為調節(jié)閥最基本的功能就是實現管道流體的流量或壓力調節(jié), 根據流體力學理論要實現調節(jié)必然有可調的節(jié)流元件。軸向調節(jié)型控制閥的調節(jié)過程如圖1 所示, 介質從閥體左端進入閥體內腔, 經流線型導流罩的疏導作用將流體引入環(huán)型流道, 即介質是在閥體外壁與內部導流殼形成的夾層空間流動, 然后根據控制信號的大小, 執(zhí)行機構帶動傳動系統, 使軸向閥桿拉動閥芯在套筒中滑動, 在套筒的四周開有不同調節(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, 從而實現了流量及壓力的調節(jié)。
    如圖2 所示, 介質從軸向弧狀進入外殼, 錐狀導流罩殼可以起到梳直流體作用, 使流體速度分布均勻, 這樣能量損失較小。然后流過套筒窗口, 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)流可能產生的氣蝕對閥體和管道的破壞, 同時調節(jié)特性可以在套筒上開不同形狀的窗口實現。軸向式流量調節(jié)閥與只用作管線切斷的蝶閥和閘閥不同,軸向控制閥是能滿足各種特殊調節(jié)要求的閥門。調節(jié)功能是靠一類似于活塞狀圓柱體閥芯在閥腔內作軸向運動來實現的, 它的行程與管內介質流向是一致的。介質從軸向弧狀進入外殼, 活塞閥內的流道為軸對稱形, 流體流過時不會產生紊流。
          

   軸向控制閥閥體可設計成一個整體, 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。內殼有流線型的導流肋和外殼相連,活塞用安裝在殼內的斜齒條幅或齒輪齒條幅或曲柄連桿機構來操作。因而增加了力臂區(qū)間, 使驅動力減小。軸流閥可采用金屬對金屬及金屬與橡膠雙重密封, 實現雙向氣泡級密封, 因此密封系統使用壽命長,關閉嚴密。
  4、 性能對比分析
4.1 如圖3 所示,常用調節(jié)閥的整體結構是球型的,內部流道基本上象一個平置的“S”, 流體進入閥體后經過流向的多次轉變, 特別是節(jié)流口前后有兩次90°的突然轉變, 對流體動能的損失較大, 因而流阻高。經過實踐的驗證, 可以得出普通直行程“S”型調節(jié)閥結構存在如下缺點:
           

   4.1.1 從流路上分析, 直行程閥流路復雜, 導致4 個不足：
 (1) Cv 值小; (2) 防堵差; (3) 尺寸大, 笨重; (4) 外觀差。
   4.1.2 直行程閥閥桿上下運動, 滑動摩擦大, 導致2 個不足:
 (1) 閥桿密封差, 壽命短; (2) 抗振動性能差。
   4.1.3 從結構上分析, 導致3 個不足：
 (1) 單密封允許壓差小; (2) 雙密封泄漏大; (3) 閥芯在中間無法避開高速介質的直接沖刷,壽命短。
4.2 軸向型調節(jié)結構的優(yōu)點
   4.2.1 軸向控制結構解決了直行程閥閥芯垂直節(jié)流, 而介質水平流進流出, 這樣, 就不會存在許多死區(qū), 不會造成堵塞。
   4.2.2 軸向控制結構流阻低, 內外殼體整體鑄造, 抗介質脈動振動性好, 使脈動壓力抵消在閥體內壁, 不直接作用于閥芯或套筒, 最適宜用于起調節(jié)管道介質流量、流態(tài)以及調節(jié)管網壓力。
   4.2.3 該閥最優(yōu)于傳統流量調節(jié)閥的特點就在于它的軸流結構設計和材料選用使其不怕污水堵塞滑道, 不怕結垢現象, 不易卡阻。
   4.2.4 平衡式閥芯結構使驅動裝置明顯減小。
   4.2.5 軟硬雙重密封結構, 保證全關滲漏量為零, 可作為截止閥使用。