閥芯是調節閥的可動部件,閥芯與閥座配合使用,可緊密關閉切斷流體,可通過改變節流截面積來實現方向控制、壓力控制或流量控制,進而達到過程控制的目的。
為了克服柱塞型閥芯較低的流通能力和高噪聲等問題,研發出了套筒型閥芯。與柱塞型閥芯相比,套筒型閥芯的緊密關閉切斷功能和泄漏等級要差一些。在工業應用中,套筒易磨損,更會關閉不嚴和使泄漏量增大,造成功能安全不足。此外,套筒閥內件結構和流路也比柱塞型閥復雜,部件數量多,檢維修內容多。密封件多也是套筒閥的一大特點,而抗擠壓密封件或彈簧加載密封環都屬易損件和檢修更換件,更換頻次高及墊片備件價格很高也使得維護成本增加。套筒閥的快捷拆卸設計則是應對套筒閥內件耐用性和經常檢修的問題。
鉆孔式籠罩式閥芯專為高壓降的應用場合而設計,并消除氣蝕、噪音、腐蝕和震動這些常見問題。通過鉆孔的分布來實現流量特性??煽谻v由閥塞與閥籠之間的間隙以及密封面到閥籠底側孔的距離決定。
非平衡式閥芯是閥芯的其中一個種類,專門設計用于氣體、蒸汽和水、及其他非腐蝕性液體工況,配備小巧、緊湊、經濟的執行機構,對抗高達100kg/cm2(430℃)的壓降懸掛式閥籠,可避免熱膨脹引起的墊片損壞和閥座、閥蓋泄漏。針對單座閥閥芯所受不平衡力大的問題,也有采用平衡型閥芯的解決方案,可使得現有推力有限的執行器可用。平衡型閥芯是在閥芯開有平衡孔,將流體壓力引到閥芯另一側平衡腔室并與閥出口流路密封隔離,這樣閥芯兩側壓力差的絕大部分被平衡掉,不平衡力只有相當于流體壓力在閥桿截面積上的作用力了。由于平衡孔徑相對小一些,若被堵上則平衡作用全失,平衡閥芯不適宜用于較臟、含較大固體顆粒物或易結晶易固化介質。常見的平衡閥芯都是將平衡腔室的筒體設計為固定的,密封環嵌裝在平衡閥芯上,平衡閥芯類似活塞作上下提升運動。如下圖所示,左側為非平衡式閥芯,右側為平衡式閥芯。
抗空化氣蝕閥芯又有著怎么樣的作用?在調節閥中產生的沖刷、汽蝕空化現象,其根本原因即是由于閥前后的壓差過高,流速過快。一般認為當Δp>2.5MPa時,流體介質在閥內部進入節流部位時壓力驟然下降,在通流截面面積較小處壓力降低,當這一壓力低于當前溫度下流體的飽和蒸汽壓時,部分液體會出現汽化,形成大量微小的汽泡,當流體流過節流口壓力回升時,這些汽泡又發生破裂回到液態,對閥體和閥芯等部件產生沖擊并帶來噪聲、振動、閥內件或閥體材質的破壞等危害。調節閥廠家都致力于抗空化氣蝕的解決方案,除了在選型計算上應用阻塞流方程和避開產生閃蒸和空化的條件,還從閥內件結構、材料選用等方面入手特殊設計出各種不同的抗空化氣蝕閥芯。特殊設計的抗空化氣蝕閥芯使流體在通過閥芯閥座時每一點的壓力都高于該溫度下的飽和蒸汽壓,或采用多級降壓級間壓力恢復的多級閥芯,或采用特殊結構改變流動狀態并提前破壞氣泡而減小閃蒸效果使空化難以產生,同時降低噪聲。常見的多級降壓調節閥分為三類,雖然在結構上有所不同,但有著共同的工作原理,都是通過改變結構將總的壓差進行分段多級降壓,使每一級壓降Δp1小于產生空化的臨界壓差,從而有效避免了汽蝕等危害的發生。
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