1 概述
     我国调节阀技术经近30年的引进、革新和发展，有了很大的进步，但是同国际先进水平相比还有较大的差距，主要是高温、高压、大口径调节阀存在卡塞、振动、噪声大、驱动力矩过大、可靠性低、使用时间短、密封填料易漏等问题。同时在理论研究及结构创新上还不能跟上现代工业发展的需求。轴流型调节阀是一种全新结构的阀门，它吸取了套筒调节阀的优点，使套筒与阀芯在阀体内腔顺流道放置，流体在通过调节阀的过程中流向基本不发生改变，顺管道轴向方向流动，这样可以减小流道流阻，增大阀门的流通能力。
2 结构
     轴流型调节阀改变了普通调节阀（图1）的整体流通结构，使介质在阀内轴向顺环形流道流动，流体在阀体内的流向转变很小，能量损失较少。整体铸造圆桶结构更加适应了承压容器的受力要求，承压性能好。普通调节阀的流通能力受球形阀体的S形流道结构约束无法增大，其原因是介质在流道内经多次的流向改变，易形成旋涡，互相碰撞，消耗能量。而且在口径大于DN400mm时，阀的行程太长，调节灵敏度降低，整体结构笨重，驱动力过大。轴流型调节阀的阀体流道顺管线中介质流向设计，并且在阀体内腔设置流线圆锥状导流罩，疏导流体的流速及流向，使管道流体分布均匀，压力均衡。节流部件参考套简阀的结构，区别在于轴流型调节阀将套筒顺管道流向安装，使阀芯在套筒内轴向动作，阀芯可以设计为压力平衡式结构，抵消因节流口前后压差引起的不平衡力，从而改善了普通调节阀口径小，压差小的约束。
3 工作原理
     轴流型调节阀的调节过程如图2所示。介质从阀体左端进入阀体内腔，经流线型导流罩的疏导作用将流体引入环型流道，即介质是在阀体外壁与内部导流壳形成的夹层空间流动。然后根据控制信号的大小，执行机构带动传动系统，使轴向阀杆拉动阀芯在套筒中滑动。在套筒的四周设计有不同调节特性的节流窗口，阀芯的移动引起节流口的大小变化，从而实现了流量及压力的调节。

    当介质从轴向弧状流道进入外壳，锥型导流罩壳可以梳直流体，使流体速度分布均匀，这样能量损失较小。然后经过套筒窗口，向套筒中部集中，流出阀门。无论活塞在何位置，阀腔内无论任何位置水流断面均为环状，在出口处向轴心收缩，从而避免因节流而可能产生的气蚀对阀体和管道的破坏，而调节特性可以在套筒上开设不同形状的窗口实现。轴流型流量调节阀能满足各种特殊调节要求的工况。调节功能是靠一类似于活塞状圆柱体阀芯在阀腔内作轴向运动实现，它的行程与管内介质流向一致。介质从轴向弧状进入外壳，活塞阀内的流道为轴对称形，流体流过时不会产生紊流。
      轴流型调节阀阀体可设计成一个整体，具有高流通能力，流量特性可随用户需求更换套筒，能有效地避免气蚀和震动。内壳有流线型的导流筋和外壳相连，活塞用安装在壳内的斜齿条副或齿轮齿条副或曲柄连杆机构操作。因而增加了力臂区间，使驱动力减小。轴流型调节阀可采用金属对金属及金属与橡胶双重密封结构，实现双向气泡级密封，从而达到密封系统使用寿命长，关闭严密。
4 性能分析
     普通调节阀的整体结构是球形的。内部流道基本上象一个平置的S形，流体进入阀体后经过流向的多次转变，特别是节流口前后有两次90°的突然转变，对流体动能的损失较大，因而流阻高。从流路上分析，其流路复杂，C_v值小，防堵差，尺寸大，动作不灵敏，外观差。从移动方式分析，阀杆上下运动，滑动摩擦大，阀杆密封差，抗振动性能差。从结构上分析，单密封允许压差小，双密封泄漏大，阀芯在中间，无法避开高速介质的直接冲刷。影响使用寿命。
     轴流型调节阀解决了普通调节阀阀芯垂直节流，而介质水平流进流出，阀腔内流道转弯，流路形状复杂的（形状如倒S型）状态。这样，就不存在介质流动死区，不会造成堵塞。轴流结构流阻低，内外壳体整体铸造，抗介质脉动振动性好，使脉动压力抵消在阀体内壁，不直接作用于阀芯或套筒，适用于调节管道介质流量、流态以及调节管网压力的工况中。轴流结构设计和材料选用使其适于污水堵塞滑道，不易结垢，不易卡阻。平衡式阀芯结构使驱动装置明显减小。而软硬双重密封结构，保证阀门渗漏量为零，可作为截止阀使用。
5 套筒设计
     工业生产控制系统的多样性决定了调节阀必须具备灵活的可调结构，轴流型调节阀要适应现代工业的发展也必须具备此特点。套筒是为适应高压差，大口径的管道需要而设计的一种流量节流零件。套筒阀因其独特的导向稳定性和易于实现高精度调节被广泛使用，套筒阀的发明使原有阀门的流通能力提高了20%。套筒是为解决单座阀流通能力过低，不平衡力大而设计的一种结构，使用较广泛。轴流型调节阀吸取了它的优点，延用了此结构。套筒（图4）分为低噪声式、线性特性式、等百分比式和低压降比式等。
  5.1 低噪声式套筒
    低噪声套筒也分等百分比式和线性特性两种调节特性，关键是将原大型孔口用几组按一定规律排列的小孔代替（如图4）。或设计成一组多层节流套筒组合的形式，使介质分段降压，并使声波在进入小孔之前就相互撞击，消耗能量。在设计套筒上孔的数量及孔的大小以及孔的排列方式上按小孔节流理论，根据设计压差计算流速，使流束在套筒中间能够互相碰撞，达到消耗声能的目的。

   5.2 线性特性及等百分比式套筒 
     线性特性套筒是根据线形流量特性的要求，将套筒窗口的形状数量按所设计阀流通能力的大小，将节流口按行程变化要求经过理论与实验修正得出的。即根据调节阀的相对流量与阀芯的相对位移成直线关系（即单位位移变化所引起的流量变化是常数），即

      式中 Q— 实际流量，m³/s
              Q_max— 最大流量，m³/s
              l — 实际位移，m
              L— 套筒长度，m

      等百分比式套筒是根据等百分比式调节理论得出的，指阀杆的单位相对位移变化所引起的相对流量变化与该点的相对流量成正比。即

     
     5.3 低压降比式套筒
      低压降比式调节阀的套筒结构与常见套筒阀的不同之处在于开窗形状和开窗面积的不同。不同的流量特性通过不同的开窗面积分布来实现。图5表示套筒开窗面积分布图，其中窗口宽度y随阀行程L的变化而变化。设计低压降比式调节阀应按以下步骤进行。

      ① 分析套筒开窗面积的相对值和绝对值的分布情况。
      ② 分析y=f（l）的关系，即随着l 值的变化y值的变化，y值和相对行程h、压降比s、总面积S有关，是比较复杂的数学关系。在得到其函数关系后，可以得到边界值y₁和y₃。
      ③ 计算开窗总面积，即阀的流通总面积，可按照流体力学的公式来计算。
      ④ 选择套筒开窗结构，套筒的开窗数通常取偶数，这样有利于流体在套筒中互相冲击而消耗静压能量，降低噪声，减小振动。套筒的开窗面积也可以采用钻孔的方法，即在套筒上钻出数量不同或大小各异的孔，这种方法使开窗过程更为简便，而且更有利于降低流体所产生的噪声和振动。

      普通套筒阀的套筒开窗面积是按固有流量特性设计的，它与低压降比式调节阀套筒的开窗面积的分布是不相同的。图6是对同一尺寸的两种套筒的开窗面积的对比。从图中可以看出，在两种套筒阀的开窗面积相同时，其形状是不同的，也就是说，随着行程变化所对应的面积完全不同，这就使它们的固有特性与工作特性完全不同。
6 结语
    轴流型调节阀加工较复杂，但流阻低，流通能力强，灵敏度高，驱动力小，性能可靠，适用于脉动压力及大口径工况中。

本文链接：http://www.kzpv.cn/news/detail/20191113093521.html