耐磨節流風量調節閥的研制|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 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 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 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