耐磨節(jié)流風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的研制|最新資料
作 者：陳旺生 幸福堂 劉紅 黃新發(fā)
摘 要：利用多孔射流擴散及射流疊加原理，采用雙層疊板結(jié)構(gòu)，研制出一種耐磨節(jié)流風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。可以取代目前除塵管網(wǎng)中廣泛采用的節(jié)流管及風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來平衡管網(wǎng)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(diào)節(jié)十分方便。
關(guān)鍵字：風(fēng)量調(diào)節(jié)閥 節(jié)流管 射流
1 除塵系統(tǒng)節(jié)流管存在的問題及分析
為平衡除塵管網(wǎng)的阻力及調(diào)節(jié)風(fēng)量，目前在除塵系統(tǒng)中廣泛采用節(jié)流管及風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。
節(jié)流管通常安裝在管網(wǎng)中相對很短的支管上，它的阻力系數(shù)一般都比較大。節(jié)流管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其開孔率是固定不變的，無法進行調(diào)節(jié)。
設(shè)節(jié)流管的開孔率為φ，管道中風(fēng)速為v0，則中間芯管出口處的風(fēng)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(jié)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(fēng)速v=（2~5）v0。當(dāng)管道中的速度為16m/s時，芯管出口處的風(fēng)速最高將達到80m/s。如果節(jié)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(jié)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(jié)廠現(xiàn)場觀察可知，節(jié)流管出口附近6mm厚的彎頭及三通，在一兩周的時間內(nèi)就被粉塵磨穿。
基于以上分析可知，節(jié)流管雖然可有效地用來平衡管網(wǎng)阻力，但也具有一定的局限性：一是節(jié)流管開孔率不可調(diào)節(jié)，二是節(jié)流管出口的高速氣流將會導(dǎo)致后面的管件磨損加劇。
除塵系統(tǒng)中通常用風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)分支管和吸塵點的風(fēng)量。一般情況下，系統(tǒng)的每個吸塵點均應(yīng)安裝風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，即使是在裝設(shè)有節(jié)流管的分支管道上也應(yīng)如此。目前應(yīng)用于通風(fēng)除塵系統(tǒng)中的風(fēng)量調(diào)節(jié)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(fēng)量調(diào)節(jié)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(yán)重的磨損。風(fēng)量調(diào)節(jié)閥易被磨損的主要原因是因為閥結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)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(yè)中，這種情況隨處可見，新安裝的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，快的一兩周就被磨穿，造成較大的經(jīng)濟損失。
資料表明，目前國內(nèi)尚無成本低、耐磨性能良好的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。現(xiàn)有的風(fēng)量調(diào)節(jié)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(dǎo)致成本大大增加。
本文介紹的耐磨節(jié)流風(fēng)量調(diào)節(jié)閥具有節(jié)流管及風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的功能，可將兩者合二為一。
2 節(jié)流耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)及原理
耐磨節(jié)流風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)如圖3所示。它由閥體、活動多孔板、固定多孔板及開度調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)不僅可以防止由于粉塵的堵塞而使開度調(diào)節(jié)裝置失靈，而且不易銹死。通過轉(zhuǎn)動開度調(diào)節(jié)裝置上的調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。當(dāng)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(dāng)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(diào)節(jié)裝置上裝設(shè)有開度指示器，通過它可快速而準(zhǔn)確地讀出當(dāng)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(nèi)均勻混合。
當(dāng)氣流通過固定多孔板及活動多孔板后，在有限空間內(nèi)，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(dāng)2股平行射流距離較近時，射流的發(fā)展將互相影響。在匯合之前，每股射流獨立發(fā)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(fā)展后，即可在很短的距離內(nèi)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(jié)構(gòu)，利用小孔射流擴散、疊加原理，氣流通過耐磨節(jié)流風(fēng)量調(diào)節(jié)閥后，在不到100mm的距離內(nèi)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(yán)重的磨損。
其次，由于采用多孔結(jié)構(gòu)，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(dāng)入射角在20°~30°時，磨損性最大[3]。
3 結(jié)論
耐磨節(jié)流風(fēng)量調(diào)節(jié)閥可取代節(jié)流管及一般的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，并可廣泛地應(yīng)用于除塵系統(tǒng)中。它的成功研制，將會帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益，具有很好的應(yīng)用前景。與節(jié)流管及傳統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥（插板閥、蝶閥）相比，耐磨節(jié)流風(fēng)量調(diào)節(jié)閥具有明顯的優(yōu)點：
（1）結(jié)構(gòu)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(tǒng)的插板型風(fēng)量調(diào)節(jié)閥采用的是螺桿傳動，易銹死。
（5）操作方便，易達到風(fēng)量調(diào)節(jié)的目的，并能迅速而又準(zhǔn)確地得到當(dāng)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(fēng)空調(diào)，2000，1
[2] 譚天佑，梁鳳珍.工業(yè)通風(fēng)除塵技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社.1988.130
[3] 陳旺生等.武鋼四燒除塵系統(tǒng)風(fēng)量平衡調(diào)試.工業(yè)安全與環(huán)保.2001，8
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