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流量控制阀怎么选?

2022年3月28日 Bronkhorst
流量控制阀怎么选?
控制阀根据控制器(例如流量计中的PID控制器)的信号指示,通过改变流道的大小来控制流量。它是流量控制中使用最多的配件之一。

根据应用情况,通常很清楚质量流量计是否需要切断阀(开关)或控制阀,或者是否需要常开或者常闭阀。在流量控制阀组中,有许多不同的阀门可用,每个阀门都有各自的参数范围、优点和缺点。

本文重点介绍一些控制阀和如何应对更高的绝压和压差,以及如何在低压差下获得更高的流量。

质量流量计用流量控制阀

流量控制阀可作为质量流量控制器和压力控制器的集成部分或作为单独部件与流量计或压力计组合使用。与来自质量流量控制器或压力控制器的反馈回路一起,阀门控制通过的流量,以达到流量或者压力设定值。

直接式控制阀

直接式流量控制阀由用于控制流量的阀孔和决定流量通过开口大小的控制表面组成,来决定通过阀门的流量。

  • 优势:此类阀门相对响应快速、节约成本,使用耗能少。
  • 劣势:只能处理有限的压力和流量。

以电磁阀为例:

对于流量控制阀,开启阀门所需克服的力(F)基于阀孔直径(d)和阀门压差(Δp) (F ~ Δp * ¼ d2)。当压差或者阀控直径变大,直接式控制阀因压力而无法充分打开,对于1mm节流孔上的200 bar压差,该压力可能大于15N,从而推动阀门关闭。

电磁控制阀只能在其柱塞上施加约5N的力。由可能使用更强的线圈,产生更大的磁力。然后,质量流量控制器的电源通常有限,产生的热量也可能成为一个问题。产生有限的最大流量,与压力和直径的平方成正比。

总之,由于此类限制,大多数直接式流量控制阀不适合高流量,也不适合高压差或绝对压力。直接式控制阀可用于 1mln/min 到 50ln/min 的小流量。

直接式控制阀有哪些替代方案?

  1. 针对高压力重新设计直接式流量控制阀
  2. 使用二段式,间接式控制阀
  3. 使用压力补偿阀,以在低压下达到大流量

选择1)高压直接式控制阀

应对更高压力的最简单解决方案是重新设计直接式控制阀。由于阀孔尺寸有限,可用于相对较小的流量(高达20ln/min)。为了处理更大的压差,高达200 bar 的压差(bard),阀门和质量流量控制器的主体必须更坚固。大多数阀门不能承受200 bard 的压力;要么是密封材料会断裂,要么是机械部件无法承受200 bar的突然冲击力。

阀门的尺寸仅略微大于普通阀门,因此整个质量流量控制器也是。另一方面,由于在高压差下通过阀门泄漏,小流量通常很受限制。

间接式控制阀

选择 2)间接式控制阀,二段式阀

为了达到更高的压力和更大的流量,高达200 ln/min, 我们必须在改进流量控制器方面迈出更大的一步。使用所谓的间接式流量控制阀(图1),可达到更大流量、更高绝对压力和压差。

间接式控制阀(或二段式控制阀)包括:

  • 间接式控制先导阀(A),性能如前所述,无需任何额外动力。
  • 阀体中的附加阀;压力补偿部件(B)用于在先导阀(A)上保持仅几bar的恒定压差(P1-P2)。如此,入口和出口压力都可能发生变化,而不会对阀门的功能产生任何影响。压力补偿部件上的压力保持阀门关闭。只有当顶部阀门打开时,压力才会恢复到足够小的值,以打开阀门并控制流量。

因此,间接式控制阀由串联的阀门(A+B)组成,其中压降和阀孔尺寸共同决定产生的流量。

 此类阀门的劣势是尺寸和相对高的成本。此外,关闭阀门的压力补偿部件需要最小的压差。此外,节流孔的尺寸仍有限,因此要达到200 ln/min,需要的最小压力大于150 bara。为了在更低压力下获得此流量,需要一种完全不同的阀门,比如压力补偿阀入口、波纹管阀。
压力补偿阀

选择3)压力补偿阀

使用直接式控制阀可使用更大的节流孔,并达到更大的流量,但是要做到这一点,必须降低阀中的压力。可通过压力补偿波纹管阀实现,其中压力的有效孔口已显著减小(图2)。使用波纹管阀,可在最小压差的情况下达到每分钟数百升的流量。然而,由于设计原因,绝对压力受到限制,并且该阀门比普通直接式控制阀更大,更昂贵。

结论

根据要施加在质量流量控制器上的压力和所需的出口流量,可使用:

  • 直接式控制的高压控制阀(高达200 bara 和 20 ln/min)
  • 间接式压力补偿阀(高达700 bara 或 400 bard 和200 ln/min)

为了在低压下达到大流量,压力补偿阀将是最佳解决方案。

什么阀最适用?

阀门
Bronkhorst使用控制阀与Bronkhorst气体流量控制器、液体流量控制器或电子压力控制器一起调节流量。
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