轴流式调压阀

2.2、AFV 轴流阀介绍 2.2.1、轴流阀的结构与性能 2.2.1.1、轴流阀简介 AFV 轴流阀可用来控制大流量管线的压力和流量。它 的控制原理是非机械式，使用一只橡皮套环作为控制元件， 此套环会根据作用在其两端的压差作出扩张或收缩反应， 从而实现控制压力和流量的目的。由于采用了非机械式的 控制方式，轴流阀与控制元件之间没有机械连接，这一特 点使得轴流阀的体积小，重量轻，独特的夹装式，容 易安装与使用，而且气流以轴(直)流路径流动，噪音低， 操作安静。 轴流阀根据耐压分成两大系列：300 与 600 系列 300 系列的最大工作压力 5.2MPa(G)，口径有 DN50, 80, 100, 150, 200, 300，最大流量 930,000Nm3/h 600 系 列 的 最 大 工 作 压 力 10.4MPa(G)，口径有 DN50, 100, 150, 200 ， 最 大 流 量 1,100,000Nm3/h。 随着所使用的指挥器不同， 轴流阀的出口压力，小至毫米水 柱，大可至 10MPa，可在输气、 配气和工业用途上提供主压和次 压调节，广泛应用于干线、城市 门站和各级调压站。 2.2.1.2、轴流阀的结构 轴流阀由三部分组成：阀体、控制歧管、指挥器 1. 阀体 轴流阀的阀体包括两个可换的整流栅栏密合器，阀身，可扩张的橡皮套环。 阀身由碳钢制成，内部加工成配合扩张橡皮套环的形状。 整流栅栏密合器上开有放射状的斜槽，是气体流通的路径。出口整流栅栏密合器上的斜 槽可配合流量的需要，制作成缩减流量型的整流栅栏密合器，有 10%、25%、50%等形式。 整流栅栏密合器由 17-4 不锈钢制造。 套环是轴流阀中的唯一活动元件，可由不同材质模造制成，以广泛适合各种工作差压、 工作温度、强度、耐磨损度及膨胀度的要求，也可按客户需求供应特殊材质的套环，以适应 低温应用与腐蚀性成分的应用。套环材质主要有以下几种： 1）醇橡胶(H)， 2）丁腈橡胶(Buna-n)， 3）含氟橡胶(V) 4）氟硅橡胶(F) 5）天然橡胶(N) 套环的功能主要有： （1）对套环两端的压差作出反应，产生节流作用 （2）在整流栅栏密合器上形成密封 （3）提供整流栅栏的关闭预力负载 （4）将控制室与气流分开 （5）当作阀体与整流栅栏密合器之间的封垫 （6）V 形设计的套环可以反转过来使用，因而延长了使用年限。 可根据需要选用不同强度的套环，高压条件下操作时可选用强度高的套环，操作压力较 低时可选用强度较低的套环，低强度套环的弹性更好。 整个阀体由一枚螺栓与圆角螺帽栓紧，靠圆角螺帽下的 O 形环密封。上下游整流栅栏 由辊子销 O 形环密封在阀身上，辊子销将整流栅栏密合器与阀身对齐。 AFV 轴流阀零件图 轴流阀装配图 整流栅栏密合器 阀身 螺栓螺帽 控制歧管 指挥器 套环 2. 控制歧管 根据轴流阀前后压差的不同，可提供两种形式的歧管供选用：组合式歧管与文丘里式歧 管。 控制歧管的作用是产生作用在套环一侧的控制压，入口压作用在套环的另一侧，套环两端产 生压差，而使套环动作，达到调压的目的。 每个控制歧管都包含一个嵌入式可变限流器，可调整轴流阀的反应速度，以及一个位于 限流器与指挥器前端的过滤器，清除异物。限流器调低，阀打开迅速，关闭缓慢，限流器调 高时则相反。任何单独一种控制歧管都可配合所有 2”至 12”的轴流阀使用。 文丘里式控制歧管与组合式控制歧管相比，该歧管多了一个特殊设计的喷嘴，可在降低 阀全开所需的压差的同时保持控制灵敏度和控制压力的准确性，因而延伸了轴流阀的可用 性。 组合式歧管 文丘里式歧管 3. 指挥器 指挥器通过其感应口感应轴流阀的出口压力，根据设定值控制指挥器内流孔的开度，达 到控制出口压力的目的。指挥器是决定功能（减压或释压）和调整出口压力和释放压力设定 值的关键，只要调整指挥器负载弹簧的设定点，就可以调 整轴流阀的出口压力。 指挥器含有双层皮膜，可更精密控制设定点与平衡弹 簧。如右图所示，弹簧的力量使指挥器打开，此力量会被 皮膜两侧的下游压力抵消。当下游压力降低时，指挥器就 会开大一点，以增加流量，这使得轴流阀的控制压降低， 气流因而增加以满足下游需求。当下游需求减少时，指挥 器的动作状况正好相反。 常用指挥器的型号和规格如下： 型 号 最大入口压力 出口压力设定范围 功 能 1203 1.0MPa 1.25~35KPa 中低压减低压 ZSC-100 10.0MPa 7KPa~2.3MPa 中高压减中低压 ZSC-320-100 10.0MPa 1.0~4.2MPa 高压减中高压 ZSC-150 10.0MPa 7KPa~2.3MPa 中压释压 ZSC-320-150 10.0MPa 1.0~4.2MPa 高压释压 60L 10.0MPa 20KPa~2.3MPa 中高压减中低压 60H 10.0MPa 1.7~6.3MPa 高压减中高压 控制压 下游排气 下游压力感应 2.2.1.3、轴流式调压器的工作原理 轴流阀的控制原理为非机械式，所以不必担心其流孔会被堵死。除了轴流阀的入口与出 口以外，轴流阀只有三条通气管路与控制歧管连接：即入口压、控制压和下游排气。轴流阀 对入口压和控制压之间的压差作出反应，它的功能（减压或释压等）因外接指挥器及其管线 不同而异，其操作性能（快开慢关或快关慢开）则通过控制歧管上的限流器设定。 关闭位置（如右图所示） 入口压进入轴流阀上游段的套环内部，控制压则进 入套环外部，由于套环的直径比整流栅栏稍小，当入口 压和控制压相同时，套环会使阀关闭。 节流位置（如右图所示） 控制压降低，入口压超过负荷而迫使脱离入口整流栅栏，当套环 继续扩张时，部分下游整流栅栏裸露，气流开始通过。等到下游气体 充足后，剩余的压力压迫套环内外面，使其保持平衡状态。 入口压 套环 整流栅栏密合器 入口压 控制压 下游排气 关闭位置 节流位置 全开位置（如右图所示） 完全打开时，下游整流栅栏完全暴露，套环扩张，贴住轴流阀内部。 控制压通常经由下游排气口出气，流量大时，控制压比下游管线压力低， 这使得全开轴流阀需要的出入口之间的压差缩小了。 组合式歧管工作原理 当下游需求量为零时，套环两端的入口压与控制压相等，套环因本身比整流栅栏密合器 略小，其套环负载力使其紧贴在整流栅栏密合器上，使阀保持关闭。 当下游有需求时，阀下游压力会降低，此时指挥器打开，控制压流过指挥器筏孔并排向 下游。根据能量守恒原理，动能增加，势能减小，因此作用在套环上的控制压降低，控制压 低于入口压，此时，套环在不平衡力的作用 下，脱离整流栅栏密合器，气体开始通过轴 流阀并流向下游。套环可一直扩张，直到满 足下游所需为止。限流器的作用是根据需要 调整轴流阀的反应速度及稳定性，设定点低 时，阀打开迅速，关闭缓慢；设定点高时， 阀打开缓慢，关闭迅速。限流器通常设定在 2 与 4 之间。 当下游需求停止后，下游压力上升而使 指挥器关闭，上游入口压力继续通过限流 器，直至控制压力等于入口压力，轴流阀依 靠套环的负载力而关闭。 全开位置 指挥器 限流器 P1 P2 组合式歧管工作原理 过滤器 入口压 控制压 下 游 压 力感应 文丘里式歧管工作原理 文丘里式歧管的工作原理与组合式控制歧管的工作原理基本相同，不同之处在于在限流 器之前加装了文丘里管，利用文丘里效应，使控制压降低更多的压力，降低了套环打开所需 的压差，使轴流阀在前后压差较小的条件下也能达到需要的流量要求。 指挥器 文丘里管 限流器 P1 P2 文丘里式歧管工作原理 过滤器 入口压 控制压 下 游 压 力感应 2.2.1.4、工作方式 一段式减压 当下游压力降低时，指挥器弹簧的力量会使指挥器打 开，因流量增加，通过限流器的压降变大，使得轴流阀的控 制压降低，因而管线的流量增大。 两段式减压 如果减压幅度较大时，可使用两段式减压的方式， 以使得出口压力较为稳定。两段减压的工作方式相同。 监视减压 正常操作时，由一个工作轴流阀执行减压工作， 监视轴流阀的设定压力比工作轴流阀稍高。监视轴流 阀的指挥器始终打开，而轴流阀本身也保持全开状态。 当工作轴流阀和指挥器出现故障时，调压后的出口压 力升高到监视轴流阀的设定点，此时即由监视轴流阀 与监视指挥器来控制压力。工作轴流阀和监视轴流阀 的角色可以互换，此时只要重新调整指挥器即可。 一段式减压 两段式减压 监视减压 两段式减压与跨越式监视 在正常状况下，两个轴流阀都在执行减压工作，当其中 有一个轴流阀发生故障时，另一个轴流阀仍然可以处理整个 减压作业。如果第一段轴流阀发生问题，第一段出口压力增 加，此时第二段会相应降低更多压力，使整个调压部分的出 口压力保持正常。如果第二段轴流阀发生问题，调压部分的 出口压力会增加，此时会由跨越式指挥器控制第一段轴流阀， 第一段轴流阀的控制压降低，使第一段降低更多的压力，从 而使整个调压部分的出口压力保持正常。 释压 使用 ZSC-150 系列指挥器，就可以使轴流阀成为安全放散 阀。只要轴流阀上游压力低于设定点，阀就会保持关闭，当压 力超过设定点以后，阀就会自动打开，达到释压的目的。 两段式减压与 跨越式监视 释压 2.2.1.5、轴流阀的结构尺寸 300 系列轴流阀阀体结构尺寸（如右图所示） 阀体口径 A(mm) B(mm) C(mm) 重量(kg) DN50 77 105 70 2.6 DN80 94 137 84 4.1 DN100 114 175 105 8.6 DN150 149 222 129 17.2 DN200 171 280 157 36.3 DN300 240 410 222 80.4 ZSC-100 系列指挥器结构尺寸（如下图所示） 型号 A(mm) B(mm) C(mm) D(mm) 重量(kg) ZSC-100 203 137 95 178 6.2 2.2.1.6、轴流阀的性能及选型原则 1. 轴流阀操作压差 组合式歧管 文丘里式歧管 套环最大允许压差 型号 套环 稍开 全开 稍开 全开 持续 间歇 AFV-300 5L* 0.01 0.035 0.004 0.012 0.2 0.35 AFV-300 5 0.025 0.1 0.01 0.05 0.85 1.25 AFV-300 7 0.1 0.2 0.04 0.13 3.5 5.0 AFV-600 7 0.2 0.4 0.08 0.17 7.0 10.0 *仅适用于 DN50, 80, 100, 150, 200 的轴流阀 上述数值是以 MPa 表示的套 环两端的压差 2. 轴流阀阀门系数 系列 尺寸 Cv 值 Xt 值 DN50 66.5 0.590 DN80 135 0.490 DN100 231 0.480 DN150 325 0.495 DN200 560 0.450 300 DN300 1165 0.565 3. 流量公式 当△P＜FkXtP1 时，Q=59.64CvYFgFp(P1△P)1/2 当△P≥FkXtP1 时，Q=59.64CvYFgFpP1 (XtFk)1/2，此时的流量称为临界流量 上述公式中， Q = 流量 - SCFH P1 = 上游压力 - PSIA P2 = 下游压力 - PSIA △P = 压差 = P1-P2 Cv = 阀门系数 Xt = 临界流量系数 Fg = 比重系数（天然气取 1.291） Fp = 管道几何系数（近似取 1） Fk = 特定热值比率（天然气取 0.929） Y = 扩张系数（按公式 Y=1-[△P/(3FkXtP1)]计算，当流量是临界流量时 Y=0.667）