節流閥的工作原理、結構及分類

通過啟閉件（閥瓣）的運動，改變通路截面積， 用以調節流量、壓力的閥門稱為節流閥。

節流閥在外形和結構上都與截止閥非常相似，所不同的只是閥瓣的形狀和工作行程，因此，節流閥與截止閥的零部件通用程度很高。

各種截斷閥都可以改變介質通道截面積，因而在一定程度上也可以起到調節作用，但是它們的調節性能不好。這是因為它們的啟閉件和閥桿是活動連接的，在連接處有間隙，不便調節；啟閉件的升降與通道面積的改變不成比例，因而不易做到準確、連續調 節；當通道面積小而介質流速很大時，會造成密封面的嚴重沖蝕，并引起閥瓣的振動。因而通常都采用專門結構和啟閉件形狀的節流閥進行調節。

節流閥主要用于調節流量、壓力，在選擇閥門時必須考慮流量控制范圍、壓力降及其負荷等，以避免過早失效并確保安全使用。用于高壓差節流的閥門要求有專門設計的閥門密封元件。總的來說，通過閥瓣的zui大壓差不得超過zui大上游壓力的20%或200psi （1380kPa）兩者中的較小值。具有專門密封元件的閥門可用于超出此壓差極限的場合。

一般工業用節流閥按照工作介質的流向分類，可以分為閥瓣平衡式和閥瓣非平衡式兩大類。閥瓣平衡式節流閥可分為直流式節流閥和角式節流閥，閥瓣非平衡式節流閥可分為直通式節流閥、角式節流閥、直流式節流閥、Z形流道式節流閥和三通流道節流閥 等。在石油、天然氣鉆采行業中使用的節流閥的分類方法又稍有不同，因此單獨列為一節介紹。

節流閥按照調節精度可分為粗調式和精調式兩種。

圖11-1所示的Z形流道式節流閥，其內部結構簡單，屬于粗調式節流閥，行程的大小與流量變化關系無法事先標定，只能借助另外的流量測試儀表臨時加以判斷，所以，這種閥只用于一般工藝管路。

圖11-2所示的角式節流閥，其結構復雜，屬于細調式節流閥，它有三個特點：①采用針形閥瓣，工作行程大，行程與流量變化的關系具有較小的斜率； ②采用螺旋測微機構標定行程，精度高而且穩定，為事先標定行程與流量變化關系曲線提供了有利的條 件；③結構緊湊，輕巧，密封性能好，安裝位置與形式不受限制。因此，它可用于調節精度要求較高的工藝分析管路和小流量精密調節工位，既能方便地安裝于儀表控制盤上，又能直接安裝于各種管路中，當安裝于儀表控制盤上時，可將鎖緊螺母旋下，待閥門插入控制盤孔后再復位并擰緊即可。

11.3.1節流閥的閥瓣

節流閥閥瓣主要有以下幾種形狀。

①月牙形如圖11-3 （a）所示，又叫溝形，在柱塞側面以一平面斜切而成。這種閥瓣適應性強，加

工簡單，成本低廉，但是徑向不平衡力較大，故只適用于小批量生產的低壓小口徑閥門，高壓大口徑閥門很少采用。

②圓錐形如圖11-3 （b）所示，閥瓣通常車削而成，大量適用于中小口徑節流閥。針形閥瓣是圓錐形閥瓣的一種特例，主要用于小口徑的節流閥中，習 慣上成為針形閥。

③圓柱形如圖11-3 （c）所示，閥瓣和圓錐形閥瓣一樣，通常車削而成，主要用于套筒式節流閥。

④窗形如圖11-3 （d）所示，又叫缺口形，這種閥瓣的對稱性和異向性比以上月牙形和圓錐形閥瓣都好，動作平穩，振動小，適用于介質壓力較高的大口徑節流閥。

11.3.2節流閥的開啟高度

節流閥是改變閥瓣與閥座間的流通面積來實現對流量的調節作用的。對于月牙形和圓錐形閥瓣來說， 錐度或斜率愈大，橫截面積變化愈快，即開啟高度愈小，則調節性能愈差。相反，如果錐度或斜率愈小， 橫截面積變化愈緩慢，或者說閥瓣愈長，幵啟高度愈 大，則調節性能愈好。

針形閥實際上就是橫截面積變化十分緩慢的一種小口徑節流閥。在決定節流閥閥瓣開啟高度時，應考慮到閥門的密封形式。當閥門為填料密封時，由于截止閥與節流閥常常采用*相同的閥體毛坯，開啟高度的大小并無嚴格的規定而只受閥體高度的限制。當閥門為波紋管密封時，由于開啟高度的大小直接影響波紋管元件的長度，波紋管原件過長，不僅大大增加閥門的總體高度，還會降低波紋管元件本身的失穩壓 力，即降低密封結構的壓力承載性能。因p，幵啟高度的大小是否合理，zui終會影響閥門的性能和密封效果。這時，應首先找出節流閥的理想工況點，規定合理的節流范圍（通常為開啟高度的30%?70%），再據此確定開啟高度的大小。但是，不論何種密封方式的閥門，到達開啟高度的終點時，在閥瓣與閥座之間的流通面積均應不小于入口端的橫截面積。

實際上，節流閥的調節性能好壞，除了閥瓣與閥座間的流通面積變化情況外，還與流阻系數有密切相關，故在確定閥瓣幾何形狀及尺寸時，流量與流阻試驗常常是*的手段。

節流閥的閥瓣在不同高度時，閥瓣與閥座所形成的簾面積（環形通路面積）也相應地變化，所以只要細致地調節閥瓣的高度，就可以地調節閥瓣與閥座所形成的簾面積，從而也就可以得到確定數值的流量和壓力。

（1） 導向要求

當介質流過節流通道時，以很髙的速度沖擊閥瓣，會使其產生偏斜和振動，而影響調節的性， 所以必須有導向裝置。對于月牙形、圓柱形和窗形結構的閥瓣由閥座的通道作為導向；對于圓錐形結構的閥瓣，可以在閥蓋的腔體里設計足夠長的凸臺并加工成導向孔，用來導向，如圖11-3 （b）所示，也可以在閥桿和閥蓋之間設計導向機構，然而這時閥瓣要固接在閥桿上，留有的間隙要盡量小。

（2） 抗沖蝕要求

閥瓣與閥座密封面受到高速介質的沖蝕作用，因而必須用耐沖蝕和磨損的材料來制造。

（3） 閥桿梯形螺紋螺距

節流閥的閥桿螺紋梯形的螺距比同規格截止閥閥桿螺紋的螺距小，以便于節流閥進行的調節。

一般，節流閥閥座的密封性能較差，當做截止閥使用常常是不可靠的，即使精心設計的節流——截止兩用閥門，在制造廠裝配試驗時能夠表明閥門具有密封性能，但在長期使用中仍然不能保證密封的可靠性。同樣，截止閥雖然也有某種粗調功能，但調節性 能極差，屬于快開特性，當做節流閥使用也是不妥當的，因為這時閥瓣與閥座的間隙很小，流阻很大，流速增加，在介質的劇烈沖蝕下，閥瓣與閥座的密封面很快就會損壞，使截止閥失去原有功能。

針形閥也是一種小口徑節流閥，其工作介質流向有Z形流道式和角式兩種結構。針形閥的閥芯類似于圓錐形閥瓣，只是錐度較小，錐體較長，略呈針形。 由于針形閥閥芯截面變化小，故調節靈敏度高，可作為流量控制閥。針形閥特別適宜于高壓下操作， 因其閥芯為針形，承受介質壓力小，易于啟閉。

針形閥的連接方式有卡套連接、外螺紋連接、內螺紋連接等。

針形閥一般用于要求高壓力及低流量的地方。針形閥也可作為壓力表、氣動調節器的配套用閥，也可用作取樣閥。

來源：上海自動化儀表銷售網（www.40017.net）

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