閥內(nèi)件（Valve Trim）

閥內(nèi)件是與流體直接接觸的閥內(nèi)可拆卸的改變流通截面積和截流件導(dǎo)向等作用的零部件總稱，包括典型截流件的閥芯(Plug)和閥座(Seat)，還包括套筒(Cage)、閥桿(Stem)以及減噪器(Flow divider)、抗空化氣蝕部件(AC-trim)、導(dǎo)向(Guide)、密封件、固定件，等等。閥內(nèi)件主要功能是使流通截面積按一定規(guī)則比例變化，實(shí)現(xiàn)流通能力和閥芯/閥桿行程之間的相互關(guān)系，其次是保證緊密關(guān)閉，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的泄漏率。

 閥芯（Plug） 

閥芯是閥內(nèi)件中最為關(guān)鍵的部件，同時(shí)是控制閥的可動(dòng)部件，閥芯與閥座配合使用，可緊密關(guān)閉切斷流體，可通過改變節(jié)流截面積來調(diào)節(jié)流體通過量，進(jìn)而達(dá)到過程控制的目的。

閥芯的形狀（或籠式閥的套筒開口形狀）決定著控制閥的流量特性，如常見的線性、等百分比、快開特性和拋物線特性等。閥芯閥座的尺寸以及閥內(nèi)流路決定著控制閥的最大流通能力。

閥芯閥座的選材及其工藝處理決定著控制閥的工況應(yīng)用和可靠性。閥芯閥座以及閥內(nèi)件的設(shè)計(jì)直接反映了控制閥廠家的技術(shù)能力。

柱塞閥芯形狀和流量特性

套筒型閥芯開口形狀和流量特性

為了獲得不同的閥門特性，閥芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有多種多樣，一般分直行程和角行程兩大類。單座型控制閥(Globe valve)一般都是頂部導(dǎo)向的直行程控制閥，采用最多的是柱塞型閥芯、套筒型閥芯，以及用于小流量的針形或圓柱銑槽閥芯，還有抗空化氣蝕的多級(jí)閥芯和特殊設(shè)計(jì)閥芯。角行程閥芯是通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來改變它與閥座間的流通面積。

早期的控制閥主要是單座閥，柱塞型閥芯。為了克服單座控制閥柱塞型閥芯不平衡力大、較低的流通能力和高噪聲等問題，上世紀(jì)六十年代國(guó)外一些廠家開始研發(fā)不平衡力小、有較大流通能力、低噪聲和便于拆裝閥內(nèi)件的套筒型控制閥。

與柱塞型閥芯相比，套筒型閥芯的緊密關(guān)閉切斷功能和泄漏等級(jí)要差一些。在工業(yè)應(yīng)用中，套筒易磨損，更會(huì)關(guān)閉不嚴(yán)和使泄漏量增大，造成功能安全不足。此外，套筒閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)和流路也比柱塞型閥復(fù)雜，部件數(shù)量多，檢維修內(nèi)容多。密封件多也是套筒閥的一大特點(diǎn)，如Fisher 的ED 系列套筒閥的平衡閥芯就有5 個(gè)專用墊片，而抗擠壓密封件或彈簧加載密封環(huán)都屬易損件和檢修更換件，更換頻次高及專用墊片備件價(jià)格很高也使得維護(hù)成本增加。套筒閥的快捷拆卸設(shè)計(jì)則是應(yīng)對(duì)套筒閥內(nèi)件耐用性和經(jīng)常檢修的問題。

鉆孔式籠罩式閥芯專為高壓降的應(yīng)用場(chǎng)合而設(shè)計(jì)，并消除氣蝕、噪音、腐蝕和震動(dòng)這些常見問題。通過鉆孔的分布來實(shí)現(xiàn)流量特性。最小可控Cv由閥塞與閥籠之間的間隙以及密封面到閥籠最底側(cè)孔的距離決定。

鉆孔式籠罩式閥芯

閥芯流量特性

線性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移（行程）成線性關(guān)系。即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。具有此特性的閥門在開度小時(shí)流量相對(duì)變化大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生振蕩；而在開度大時(shí)，流量相對(duì)變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。

等百分比流量特性是指控制閥單位相對(duì)行程變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系，即曲線斜率是隨行程的增大而遞增的，也稱為對(duì)數(shù)流量特性。在小開度時(shí)，流量變化小，調(diào)節(jié)平穩(wěn)；在大開度時(shí)，流量變化大，調(diào)節(jié)靈敏有效。

拋物線流量特性是指單位相對(duì)行程的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平方根為比例關(guān)系。拋物線流量特性主要是為了彌補(bǔ)線性流量特性在小開度時(shí)調(diào)節(jié)效果差的不足。多數(shù)廠家沒有把拋物線流量特性的閥芯作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

快開流量特性在開度較小時(shí)就有較大的流量，隨開度的增大，流量很快達(dá)到最大；此后再增加開度，流量變化很小。快開流量特性多用于開關(guān)型控制閥，在小開度時(shí)就可獲得較大的流量。

非平衡式閥芯和平衡式閥芯

針對(duì)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(xiàn)有推力有限的執(zhí)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(cè)平衡腔室并與閥出口流路密封隔離，這樣閥芯兩側(cè)壓力差的絕大部分被平衡掉，不平衡力只有相當(dāng)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(duì)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(jié)晶易固化介質(zhì)。常見的平衡閥芯都是將平衡腔室的筒體設(shè)計(jì)為固定的，密封環(huán)嵌裝在平衡閥芯上，平衡閥芯類似活塞作上下提升運(yùn)動(dòng)。如下圖所示，左側(cè)為非平衡式閥芯，右側(cè)為平衡式閥芯。

抗空化氣蝕閥芯

在調(diào)節(jié)閥中產(chǎn)生的沖刷、汽蝕空化現(xiàn)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(rèn)為當(dāng)Δp>2.5MPa時(shí)，流體介質(zhì)在閥內(nèi)部進(jìn)入節(jié)流部位時(shí)壓力驟然下降，在通流截面面積最小處壓力降至最低，當(dāng)這一壓力低于當(dāng)前溫度下流體的飽和蒸汽壓時(shí)，部分液體會(huì)出現(xiàn)汽化，形成大量微小的汽泡，當(dāng)流體流過節(jié)流口壓力回升時(shí)，這些汽泡又發(fā)生破裂回到液態(tài)，對(duì)閥體和閥芯等部件產(chǎn)生沖擊并帶來噪聲、振動(dòng)、閥內(nèi)件或閥體材質(zhì)的破壞等危害。

控制閥廠家都致力于抗空化氣蝕的解決方案，除了在選型計(jì)算上應(yīng)用阻塞流方程和避開產(chǎn)生閃蒸和空化的條件，還從閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)、材料選用等方面入手特殊設(shè)計(jì)出各種不同的抗空化氣蝕閥芯。特殊設(shè)計(jì)的抗空化氣蝕閥芯使流體在通過閥芯閥座時(shí)每一點(diǎn)的壓力都高于該溫度下的飽和蒸汽壓，或采用多級(jí)降壓級(jí)間壓力恢復(fù)的多級(jí)閥芯，或采用特殊結(jié)構(gòu)改變流動(dòng)狀態(tài)并提前破壞氣泡而減小閃蒸效果使空化難以產(chǎn)生，同時(shí)降低噪聲。

國(guó)內(nèi)外一些調(diào)節(jié)閥廠商都研發(fā)了各種不同類型的專門應(yīng)用于苛刻工況下的抗汽蝕多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥。常見的多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥分為三類，雖然在結(jié)構(gòu)上有所不同，但有著共同的工作原理，都是通過改變結(jié)構(gòu)將總的壓差進(jìn)行分段多級(jí)降壓，使每一級(jí)壓降Δp1小于產(chǎn)生空化的臨界壓差，從而有效避免了汽蝕等危害的發(fā)生。

1、串級(jí)式調(diào)節(jié)閥 

串級(jí)式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)如圖所示，這種結(jié)構(gòu)把原本的一個(gè)整體的節(jié)流區(qū)域以多個(gè)分開的節(jié)流區(qū)域互相串聯(lián)，從而使較大的壓差轉(zhuǎn)換為多個(gè)較小的壓差，使每一次的降壓范圍都控制在飽和蒸汽壓以上，使空化現(xiàn)象不再出現(xiàn)。

串級(jí)式調(diào)節(jié)閥多用于液體介質(zhì)工作的場(chǎng)合，其特點(diǎn)在于：

啟閉過程中能夠減輕持續(xù)壓差，每一級(jí)節(jié)流口的動(dòng)作均滯后于上一級(jí)節(jié)流口，可以使在啟閉過程時(shí)作用于閥口的持續(xù)高壓逐級(jí)減輕，分擔(dān)了第一級(jí)節(jié)流口的壓力。

流阻較小，可以勝任流體清潔度不高，甚至固液兩相流的場(chǎng)合。

串級(jí)式閥芯一般進(jìn)行碳化鎢噴涂硬化處理，抗沖刷汽蝕性能良好。

制造過程與其他多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥相比工藝較為簡(jiǎn)單，加工方便，制造成本也較為低廉。

串級(jí)式調(diào)節(jié)閥一般降壓級(jí)數(shù)有限，多為3～4級(jí)，不能應(yīng)用于壓差過高的場(chǎng)合。

 2、多層套筒式調(diào)節(jié)閥 

如圖所示，多層套筒式調(diào)節(jié)閥典型結(jié)構(gòu)特征是閥芯部分節(jié)流件由數(shù)層加工有小孔的套筒構(gòu)成，每層套筒之間都留有一定的間隙，使流體流經(jīng)套筒時(shí)得以緩沖，從而將流體速度控制在一定范圍內(nèi)。

多層套筒式調(diào)節(jié)閥

其特點(diǎn)在于：

多級(jí)套筒式調(diào)節(jié)閥降壓級(jí)數(shù)可以設(shè)計(jì)得較大，降壓能力與串級(jí)式相比較強(qiáng)，能夠勝任高壓差的場(chǎng)合。

多層套筒式結(jié)構(gòu)既能滿足較高的壓降要求，同時(shí)又能在工作時(shí)保證較大的流量。

抗汽蝕性能良好，用于液體介質(zhì)時(shí)，流體由最外側(cè)套筒流向最內(nèi)側(cè)，液體介質(zhì)在套筒中逐級(jí)降壓以減輕空化汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，并且流體最終從內(nèi)側(cè)套筒上的小孔中噴射至中心閥腔區(qū)域，使汽泡在套筒中心部位破裂，不直接對(duì)閥門金屬表面產(chǎn)生傷害。

抗噪聲、振動(dòng)性能良好，用于氣體介質(zhì)時(shí)由套筒內(nèi)側(cè)向外流動(dòng)，靠外側(cè)套筒的孔徑和間隙與內(nèi)側(cè)相比均有所擴(kuò)大，使氣體介質(zhì)在逐級(jí)降壓過程中不斷膨脹，可以有效地降低噪聲及振動(dòng)帶來的危害。

套筒加工過程比較復(fù)雜，成本較高。但安裝與維護(hù)簡(jiǎn)便，易于更換。

 3、迷宮式調(diào)節(jié)閥

迷宮盤片式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)如圖所示，其核心節(jié)流部分由多個(gè)開有迷宮式溝槽的金屬盤片疊加而成。流體流經(jīng)迷宮流道中經(jīng)過多次碰撞轉(zhuǎn)折，消耗能量，在逐級(jí)降壓過程的同時(shí)，使流速也得到了控制。

迷宮式調(diào)節(jié)閥

其特點(diǎn)如下；

迷宮流道的拐彎級(jí)數(shù)就是迷宮式調(diào)節(jié)閥的降壓級(jí)數(shù)，一般可達(dá)十幾到二十幾級(jí)，所以迷宮式多級(jí)降壓結(jié)構(gòu)是常見多級(jí)降壓調(diào)節(jié)閥中降壓能力最強(qiáng)的，國(guó)外有產(chǎn)品最高可以達(dá)40MPa。

出色的抗汽蝕沖刷及消聲減振性能，多級(jí)拐彎迷宮式流道可以有效地控制流體流速，避免空化、噪聲及振動(dòng)等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

通過使用不同形式的迷宮盤片進(jìn)行組合，迷宮式調(diào)節(jié)閥可以達(dá)到不同的流量特性調(diào)節(jié)曲線。

迷宮式盤片制造精度要求很高，一般由司太立合金堆焊，有較長(zhǎng)的使用壽命;

安裝與維護(hù)比較簡(jiǎn)便，盤片易更換。

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