進口FESTO減壓閥的壓力和流量變化分析
FESTO減壓閥是一種自動降低管路工作壓力的專門裝置，它可將閥前管路較的壓力減少閥后管路所需的水平。按工作原理分，減壓閥可分為導(dǎo)式、直動式、定值器減壓閥等幾種類型。減壓閥的工作原理是通過改變閥門節(jié)流啟閉件的開度, 使通過閥門密封面的介質(zhì)流速提, 將介質(zhì)的部分勢能轉(zhuǎn)換成動能, 從而使通過減壓閥后的介質(zhì)壓力降低。提了流速的介質(zhì), 在管道中運動時會遇到更大的沿程阻力, 介質(zhì)的部分動能又轉(zhuǎn)換成熱能擴散到管道和環(huán)境中。
1、FESTO減壓閥的開度與性能的關(guān)系
FESTO減壓閥工作過程中, 作為節(jié)流啟閉件的主閥瓣開度是變化的。閥瓣開度的變化, 不但可以通過節(jié)流改變介質(zhì)的壓力, 而且可以系統(tǒng)所需要的流量穩(wěn)定地通過減壓閥。通常選定的減壓閥允許通過的Z大流量應(yīng)大于系統(tǒng)需要的Z大流量, 在減壓閥后安裝一個節(jié)流閥或截止閥用于調(diào)控系統(tǒng)的流量。
一個要求有穩(wěn)定流量的系統(tǒng), 在介質(zhì)流經(jīng)減壓閥時, 介質(zhì)的壓力將降低, 而流量不會發(fā)生變化。如果流經(jīng)某減壓閥的流量相同, 那么該減壓閥的開度與減壓閥的進出口壓差成反比。FESTO減壓閥的進出口壓差越大, 開度越小, 介質(zhì)經(jīng)過減壓閥的流速越大。減壓閥的進出口壓差越小, 開度越大, 介質(zhì)經(jīng)過減壓閥的流速越小。如果流經(jīng)減壓閥的流量發(fā)生變化, 那么減壓閥的開度將與流量的變化成正比, 流量越大, 減壓閥的開度越大, 流量越小, 減壓閥的開度越小。
FESTO減壓閥的進口壓力是由系統(tǒng)工況決定的,出口壓力直接受到減壓閥調(diào)節(jié)裝置的控制。如果一個減壓閥的調(diào)節(jié)裝置設(shè)定了某一數(shù)值的閥后壓力, 那么該減壓閥的出口壓力將在這個設(shè)定的數(shù)值附近作小范圍(ΔPc) 波動, 此時進口壓力的變化%Pj 對出口壓力的變化% Pc的影響, 以及減壓閥的流量的變化ΔQ 對ΔPc 的影響, 是反映該減壓閥性能的重要指標(biāo),在一定的范圍內(nèi), ΔPj 對ΔPc 的影響越小越, 同樣ΔQ 對ΔPc 的影響也是越小越。
2、實例分析：以工作介質(zhì)為氮氣的DN50mm 活塞式減壓閥為例, 分析不同工況下減壓閥的性能。
通過對FESTO減壓閥調(diào)節(jié)螺釘?shù)恼{(diào)整, 使減壓閥進口壓力Pj = 5.25MPa , 出口壓力Pc =3.15MPa , 鎖定減壓閥調(diào)節(jié)螺釘。實際操作當(dāng)中, 在減壓閥后要安裝一臺節(jié)流閥(或截止閥) , 用以控制流經(jīng)減壓閥的流量, 現(xiàn)假設(shè)該節(jié)流閥在調(diào)節(jié)到一定流量后被鎖定。出口為常壓, 可以理解為Pc = 0.1MPa , 遠(yuǎn)小于該減壓閥調(diào)節(jié)螺釘所設(shè)定的出口壓力3.15MPa , 故該減壓閥是處于全開狀態(tài)。此時的減壓閥已經(jīng)失去調(diào)節(jié)功能, 其閥前閥后的壓差達到該流量下的Z小值, 介質(zhì)的流速也達到該流量下的Z小值。此時進口壓力Pj 再減小時, 經(jīng)過減壓閥的流量也將減少。當(dāng)減壓閥的進口壓力Pj增加時, 出口壓力Pc 也隨之增加, Pj 增加多少, Pc 也增加多少, 保持壓差不變, 故介質(zhì)的流速也不變, 其流量也不變, 減壓閥仍然處于全開狀態(tài)。當(dāng)Pc 增加到3.15MPa 時, 將不會繼續(xù)升, 減壓閥恢復(fù)調(diào)節(jié)功能, 而此時的Pj 繼續(xù)升, 減壓閥的開度將減小, 而不會對Pc 產(chǎn)生明顯影響。
如果工況Ⅰ時, Pj = 5.25MPa , Pc =3.15MPa (ΔP = 211MPa) 。工況Ⅱ時, Pj =3.6MPa , Pc = 1.5MPa (ΔP = 2.1MPa ) 。當(dāng)通過調(diào)節(jié)減壓閥后面的節(jié)流閥控制通過減壓閥的流量相同時, 工況Ⅰ和工況Ⅱ由于其壓差ΔP 相同, 它們確定的減壓閥開度是一樣的。
如果FESTO減壓閥后面的節(jié)流閥調(diào)節(jié)到一定開度后被鎖定, 工況Ⅰ的流量要大于工況Ⅱ。同樣, 工況Ⅰ所確定的減壓閥開度要大于工況Ⅱ。必須指出的是, 若要達到工況Ⅱ, 必須通過調(diào)節(jié)減壓閥的調(diào)節(jié)螺釘, 否則該減壓閥不可能達到工況Ⅱ的狀態(tài)。
如果在Pj = 3.6MPa , Pc = 1.5MPa (ΔP= 2.1MPa) 的基礎(chǔ)上, 維持Pc = 1.5MPa ,如Pj 增加到4.5MPa , 減壓閥的開度將減小。如Pj 減少到2.5MPa , 減壓閥的開度將增加。這2 種情況下的減壓閥的流量都是相同的, 出口壓力Pc = 1.5MPa 也基本不變。
如果維持Pc = 1.5MPa , 溫度為常溫, 減壓閥通過的流量達到306kg/ h 。因為減壓閥僅減壓力不減流量, 其流量由閥后的節(jié)流閥調(diào)控, 但必須通過試驗測出減壓閥處于全開狀態(tài), 流量達到306kg/ h 時, 其Z小壓差ΔP。理論上ΔP ≥0.2MPa 。此時所需要的Z小進口壓力Pj = Pc + ΔP = 1.7MPa 。
