滑板式控制閥在高可調比中的應用

在流程工業生產裝置上，經常會遇到一些特殊工況條件，并對控制閥的選擇帶來了很多問題。例如：在同一條管道上要求實現從小流量到大流量輸送控制的工況條件，這對控制閥選型提出的要求是既要滿足在小流量工況下流量或壓力的穩定控制，又要適合大流量工況下流量或壓力平穩調節。

按照通常的控制閥選型思路，一般都會考慮采用分程控制回路，即用2臺控制閥來實現這一目標，但會導致設備投資的增加和工況切換時流量和壓力的波動。

用1臺直通單座控制閥來實現這個控制目的，可能會出現控制系統不穩定及其精度不理想以及閥門振蕩損壞的情況，另外直通閥的閥芯和閥座在小開度時，閥芯和閥座間的節流間隙很小，易發生摩擦撞擊而損壞密封面。因此，對直通單座控制閥的選擇原則是：滿足可控流量的前提下，盡可能地避開控制閥在小開度的情況下工作，同時也必須留有一定的可控余量。

滑板式控制閥具有受流體的不平衡力小，控制穩定性好，在全行程范圍內都能實現正常控制等優點。當氣動滑板式控制閥配備智能閥門定位器時，最小可控開度可以從3%開始，最大可到96%（實際可調比為32），而不影響閥門使用壽命和控制精度。

滑板式控制閥基本參數如下：

驅動方式：氣動、電動、自力式，手動；公稱直徑：DN15～DN250；公稱壓力：PN16～PN100；介質溫度：－200～530℃。

滑板式控制閥基本性能特點：

節能、降耗、免維護；滑板式控制閥由于受到流體介質的不平衡力只是常規直通單座閥的1/10，因而在小開度的情況下也能正常運轉使用。滑板式控制閥開啟與關閉時沒有直通單座閥那樣的閥芯閥座密封面的碰撞，并且還能在流體介質的壓差作用下在開關動作的過程中做自研磨，控制閥的泄漏極小，密封能得到長期的保證。

該控制閥具有受流體不平衡力小的特點，主要是由滑板式控制閥的特殊結構所決定的。如圖1所示。

圖1 滑板式控制閥結構示意

滑板式控制閥的節流原理：閥內件結構是由兩塊開有節流槽的平板組成的，一塊平板是固定不動的，稱之為定滑板；另一塊平板與閥桿相連，由閥桿帶動，稱之為動滑板；當動滑板上下移動時，動滑板與定滑板上的節流槽會發生位置上的相對變化，從而改變節流面積，起到調節流體流量的作用，如圖2所示。

圖2 閥的節流原理示意

滑板式控制閥閥內件的節流槽是垂直截斷流體的，流體流經節流槽時會產生對節流槽四周一個作用力，即通常所說的控制閥的不平衡力。該不平衡力可以通過公式（1）計算：

式中：Δp——閥前后壓差；Aslot——流體作用的有效面積；μ——滑板之間的動摩擦系數，μ＝0.25。

滑板式控制閥的Aslot不等同于常見的直通單座控制閥的閥芯Aseat，它遠比直通單座控制閥閥芯受不平衡力有效面積Aseat要小得多。公式（2）是上海源冠自控設備有限公司的技術人員，將同口徑和壓力等級、相近流量系數的直通單座控制閥和滑板式控制閥在實驗室經過大量的試驗對比所得到的模擬數據計算。

式中：ASeat——閥芯有效面積

由公式（2）可知：在相同的工況條件下，流體介質對滑板式控制閥不平衡力約是直通單座控制閥不平衡力的1/10。

當然，克服控制閥的不平衡力，可以通過提高執行機構的輸出力來實現，但需要增大執行機構的尺寸同時加粗閥桿以提高閥桿的強度；但是直通單座控制閥在關閉時閥芯與閥座的撞擊和摩擦還是不可避免的，密封泄漏難以得到長期保證。而滑板式控制閥只需較小的執行機構就可以輕松克服不平衡力對控制閥的影響，在微小開度時不會因不平衡力特別大而引起控制波動，同時在關閉時只是動滑板與定滑板之間的節流槽位置的錯開，沒有撞擊，并且在閥前壓力的作用下使得動滑板能更緊密地與定滑板貼在一起，再也不用擔心傳統直通閥的閥芯閥座關閉時所產生的撞擊帶來的閥座損壞和密封泄漏問題。

以下通過蘇州化工廠滑板式控制閥實際應用案例作簡單介紹。

在蘇州化工廠的工況條件為：

流體介質：蒸汽；管道口徑：DN15；閥前壓力：0.6 MPa（G），閥后壓力：0.5 MPa（G）；最大流量：10 kg/h，正常流量：5 kg/h，最小流量：1 kg/h；操作溫度：150℃。

用戶以前使用直通單座控制閥，實際工況下的開度很小，均在10%開度以下，因此控制閥的工作極不穩定，即使采用手動控制，流量也常難以得到保證，更不能使控制系統投入自動運轉，投運使用一段時間后控制閥的泄漏量增大，經常要對該閥進行維修工作。

該公司依據蘇州化工廠這一特定的工況條件，經計算，選擇V8020氣動滑板式控制閥，其公稱口徑DN15，額定Cv值選擇了0.3。

對應最大流量時的Cv值為0.209，控制閥的開度為68%；對應正常流量時的C v值為0.104，控制閥的開度為33%；對應最小流量時的Cv值為0.02，控制閥的開度為7.2%。經過6年多的實際運轉使用，滑板式控制閥的控制穩定而有效，自控系統也投入了自動，自投用以來未對該控制閥進行維修維護工作。（上海源冠自控設備有限公司）