耐磨節流風量調節閥的研制|最新資料
作 者：陳旺生 幸福堂 劉紅 黃新發
摘 要：利用多孔射流擴散及射流疊加原理，采用雙層疊板結構，研制出一種耐磨節流風量調節閥。可以取代目前除塵管網中廣泛采用的節流管及風量調節閥來平衡管網阻力，具有較好的耐磨性能，使用壽命長，安裝位置 不受限制，調節十分方便。
關鍵字：風量調節閥 節流管 射流
1 除塵系統節流管存在的問題及分析
為平衡除塵管網的阻力及調節風量，目前在除塵系統中廣泛采用節流管及風量調節閥。
節流管通常安裝在管網中相對很短的支管上，它的阻力系數一般都比較大。節流管的結構如圖1所示，其開孔率是固定不變的，無法進行調節。
設節流管的開孔率為φ，管道中風速為v0，則中間芯管出口處的風速為
（1）
式中，φ=A/A0，其中A為芯管面積，A0為外管面積。
一般地，節流管的開孔率在0.2~0.5之間，故由式（1）可知，中間芯管出口處的風速v=（2~5）v0。當管道中的速度為16m/s時，芯管出口處的風速最高將達到80m/s。如果節流管安裝位置不好（出口與彎頭、三通等管件的距離小于5~10倍的管徑），如此高的速度將會大大加快粉塵對節流管后的彎頭、三通等管件的磨損。因為速度對磨損的影響程度最大，磨損量與速度的3次方成正比[1]。在武鋼燒結廠現場觀察可知，節流管出口附近6mm厚的彎頭及三通，在一兩周的時間內就被粉塵磨穿。
基于以上分析可知，節流管雖然可有效地用來平衡管網阻力，但也具有一定的局限性：一是節流管開孔率不可調節，二是節流管出口的高速氣流將會導致后面的管件磨損加劇。
除塵系統中通常用風量調節閥來調節分支管和吸塵點的風量。一般情況下，系統的每個吸塵點均應安裝風量調節閥，即使是在裝設有節流管的分支管道上也應如此。目前應用于通風除塵系統中的風量調節閥主要型式有插板型及蝶型。
若氣流中粉塵濃度大，磨損性強，而風量調節閥的開度又比較小時，插板閥及蝶閥都存在著一個共同的缺點就是閥體、閥芯極易磨損，甚至使與之相連的直管道都造成嚴重的磨損。風量調節閥易被磨損的主要原因是因為閥結構不合理，導致流場急劇變化、氣流分布不均勻，從而引起粉塵對閥及管件的磨損加劇，如圖2所示。在冶金企業中，這種情況隨處可見，新安裝的風量調節閥，快的一兩周就被磨穿，造成較大的經濟損失。
資料表明，目前國內尚無成本低、耐磨性能良好的風量調節閥。現有的風量調節閥有的采用加厚鋼板制作，有的采用昂貴的耐磨材料制作，這種被動防磨，不僅不能從根本上解決磨損問題，而且導致成本大大增加。
本文介紹的耐磨節流風量調節閥具有節流管及風量調節閥的功能，可將兩者合二為一。
2 節流耐磨風量調節閥的結構及原理
耐磨節流風量調節閥的結構如圖3所示。它由閥體、活動多孔板、固定多孔板及開度調節裝置所組成。活動多孔板與固定多孔板的開孔情況可完全一樣，開孔形式主要有2種，即條形孔和圓形孔，如圖4所示。
開度調節裝置與含塵氣流是隔離的，并且采用雙齒輪及齒條傳動，這樣的結構不僅可以防止由于粉塵的堵塞而使開度調節裝置失靈，而且不易銹死。通過轉動開度調節裝置上的調節手柄，即可帶動活動多孔板左右移動，從而達到平衡阻力及調節風量的目的。當活動多孔板的開孔與固定多孔板上的開孔完全重合時，開度為最大；當活動多孔板的開孔與固定多孔板上的開孔完全錯位時，閥的開度達到最小。在開度調節裝置上裝設有開度指示器，通過它可快速而準確地讀出當前閥的開度。
該閥利用小孔（條形孔、圓形孔）射流擴散及疊加原理，使氣流在很短的距離內均勻混合。
當氣流通過固定多孔板及活動多孔板后，在有限空間內，平行射流相互疊加、摻混。圖5以2股平行射流相互疊加為例：當2股平行射流距離較近時，射流的發展將互相影響。在匯合之前，每股射流獨立發展。匯合之后，射流邊界相交，互相干擾重疊，逐漸形成1股總射流，總射流充分發展后，即可在很短的距離內均勻混合，從而使速度沿閥體斷面均勻分布。
一般地，條形孔的寬度或圓形孔的孔徑均取10mm，孔橋的寬度也取10mm，射流的擴散角θ一般在2°~16°之間[2]，則可計算出射流較充分混合的位置離孔口的距離為：
x=b/tanθ （2）
將b=15mm，θ=12°代入式（2）可得x=71mm。這表明，采用多孔結構，利用小孔射流擴散、疊加原理，氣流通過耐磨節流風量調節閥后，在不到100mm的距離內即可均勻混合，這樣就可避免高速氣流對閥體及閥后管件造成嚴重的磨損。
其次，由于采用多孔結構，在閥體與多孔板的交匯處不易形成旋渦，從而大大減輕了粉塵對閥體的磨損。
另外，粉塵與閥芯（多孔板）的碰撞角度避開了易磨損的范圍。粉塵的入射角對磨損具有較大的影響，當入射角在20°~30°時，磨損性最大[3]。
3 結論
耐磨節流風量調節閥可取代節流管及一般的風量調節閥，并可廣泛地應用于除塵系統中。它的成功研制，將會帶來較大的經濟效益和社會效益，具有很好的應用前景。與節流管及傳統的風量調節閥（插板閥、蝶閥）相比，耐磨節流風量調節閥具有明顯的優點：
（1）結構十分簡單，成本低。
（2）耐磨性能好，使用壽命長，一般使用壽命可延長3~5倍以上。
（3）安裝位置不受限制，對其后面的管件無任何不利影響。
（4）該閥采用雙齒輪及齒條傳動，不易銹死，而傳統的插板型風量調節閥采用的是螺桿傳動，易銹死。
（5）操作方便，易達到風量調節的目的，并能迅速而又準確地得到當前閥的開孔率。
參考文獻
[1] 姚群等.除塵管道磨損與防磨措施.建筑熱能通風空調，2000，1
[2] 譚天佑，梁鳳珍.工業通風除塵技術.北京：中國建筑工業出版社.1988.130
[3] 陳旺生等.武鋼四燒除塵系統風量平衡調試.工業安全與環保.2001，8
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