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摘 要：介绍了电液减压调节阀的技术指标、结构方案、关键技术及解决措施，分析了电液减压调节阀的技术性能及其相关标准和规范的要求，给出了产品的研制试验、鉴定试验以及工业应用试验过程及结果。
关键字：长输管线用阀 减压调节阀 电液联动 研制
1 概述
电液减压调节阀主要安装在成品油长输管道的主管路和下载管路之间，实现对下载油品的减压和流量调节控制，是下载站场的主要设备之一。目前国内成品管长输管道的电液减压调节阀主要依赖进口，由于进口产品（尤其是配件）价格昂贵，交货周期长，因此迫切需要进行国产化开发。为了降低成品油管道工程建设和营运成本，以及对进口技术产品的依赖，开展了电液减压调节阀的研制工作。
在对成品油长输管线阀门使用要求和现场阀门使用情况充分调研的基础上，按照相关国际标准和规范的要求，完成了电液减压调节阀一种典型规格的设计、试制和研制试验，摸清了产业化工艺路线，为后续系列化及产业化打下基础。目前电液减压调节阀已完成设计、生产和相关试验，通过了国家泵阀检验中心的鉴定，在成品油下载站场上线试用。试用结果表明，各项功能和指标均满足设计要求。
2 结构设计
2.1 技术指标
使用介质：成品油（汽油、柴油等）
通径：200mm（8in．）
工作压力（最大）：5MPa（Class300）
密封性：满足IEC60534－4
固有流量特性：线性
额定流量系数：Kv=570
2.2 设计方案
电液减压调节阀由主阀、支架和电液执行器组成（图1）。电液执行器选用了REXA的XPAC型，电液执行器配套有一个防爆控制箱。电液执行器由专用支架与主阀连接。电液减压调节阀采用集成电液执行器驱动，控制方式包括现场控制和远程控制，也可手轮操作。工作时，由控制系统给执行器发出控制信号，驱动阀杆带动阀芯克服摩擦力和液压不平衡力移动到指定位置，改变减压调节阀的流通面积，从而按控制系统要求改变管路特性达到调节流量或压力的目的。其固有流量特性由套管的流通面积相对行程的分布而定，可根据要求设计为线性、等百分比或其他特性。
![]() 1.主阀2.支架3.电液执行器
图1 双关断旋塞阀
2.3 套筒
为了降低介质流动噪声，减小汽蚀和冲蚀对减压阀内件的损坏，同时也一定程度防止堵塞，采用单层小孔式套筒（图2）。小孔采用阶梯孔结构，可增大流体阻力。
图2 单层小孔式套筒
2.4 阀座
采用金属－金属的锥面密封方案，结构简单，工艺性好。为了提高阀芯与阀座的耐磨损、耐冲蚀性能，延长使用寿命，密封面可堆焊STL6硬质合金。这种密封结构的密封性能可满足IEC60534－4CLASSⅤ级及以下密封要求。阀座与阀体间密封可采用F4垫片，当有防火要求时可采用金属石墨复合垫片。
2.5 套筒密封
套筒密封结构是指套筒和阀芯之间的密封，属于往复动密封，采用整体式活塞密封结构，密封件为泛塞密封圈。泛塞密封圈是一个由U形氟塑料外壳和一个V形耐腐蚀弹簧组成的单作用密封件（图3），具有摩擦系数小，无爬行等特点，尤其适合于精确调节控制的场合。由于是分体式沟槽，在装配时要用专用工装安装。
![]() ![]() 1.套筒2.阀芯3.泛塞圈
图3 整体式活塞套筒密封
2.6 阀芯阀杆连接结构
阀芯和阀杆采用螺纹加销连接结构。内螺纹圆柱销由阀芯下端装入，销孔不破坏连接螺纹，可降低圆柱销对螺纹和阀杆强度的影响。阀杆端部与阀芯孔内的台阶接触，可以承受较大的预紧力，保证螺纹连接在工作载荷下没有间隙。在端部设置钢丝挡圈和垫圈，防止圆柱销脱落。
2.7 执行器选配
电液执行器应选用直行程调节型，并依据工作推力和开关速度的不同进行具体选型（表1）。
表1 电液执行器的主要系列
采用伺服阀进行液压控制，价格昂贵，抗油污染能力差，后期维护成本较高。齿轮泵控制液压机构具有集成度高，耐污染能力强，使用成本低等优点。经对比分析及选型计算，选定REXA公司（美国）的L10000－6－1/2D－P－C2型直行程调节型电液执行机构，其额定推力及防爆性能等均满足选型要求。执行器调节速度为5mm/s，实测阀门的开关时间为15.6s。
3 关键技术
3.1 套筒窗口
通过设计不同的小孔尺寸和位置分布，可以实现不同的固有流量特性。小孔式套筒的设计一般是在流量试验基础上结合近似计算进行的，目前没有系统的精确计算方法。首次设计计算时根据手册确定流阻系数，再按要求的固有流量特性计算出窗口过流面积，从而得小孔尺寸和分布的初步方案阀笼的初步设计结果与阀体流道一起进行有限元计算，根据计算结果进一步修正小孔尺寸和分布，最终确定设计方案（图4）。
图4 套筒的小孔分布（1/4展开）
按图4所示的结构进行套筒试验件生产，并进行固有流量特性试验，依据试验结果进一步修正套筒设计，并完善有限元计算，若需要可再次重复此过程，最后获得满足要求的固有流量特性。
3.2 防气蚀
电液减压调节阀应用在成品油管道上，在小开度下工作时，压差大，容易发生汽蚀，而汽蚀将严重影响阀门使用性能和寿命，还将导致严重的振动和噪声，所以需采取必要的防止汽蚀的设计措施。
当阀门进口压力为5MPa、出口压力0.5MPa时，汽蚀系数为
![]() （1）
式中Kq———汽蚀系数（Kq=0.955）
P1———阀门进口绝对压力
Pv———液体蒸发绝对压力（汽油的饱和蒸汽压为67kPa）
ΔPmax———流体通过阀门的最大压降
通常套筒式流闭减压阀的压力恢复系数在0.7～0.9间，汽蚀系数Kq大于压力恢复系数，因此减压阀在这种工况下会发生汽蚀。
防止汽蚀设计主要包括结构和材料两方面措施。
（1）结构
套筒小孔窗口采取对称性设计，使流体通过窗口后喷射流体在套筒轴线处会聚，使液体相互冲撞，在通道间发生高度湍流，从而使调节阀中液体的动能由于相互摩擦而耗散，减少气泡的形成。形成的气泡也大多在套筒中心破裂，避免对阀座和阀瓣表面的直接破坏。
（2）材料
通常高硬度材料更能抵御汽蚀，套筒选用高硬度沉淀型不锈钢，阀座和阀芯选用不锈钢，并在密封面上堆焊司太立硬质合金，使密封面形成硬化表面，抗冲刷、耐磨损能力更强，从而提高减压阀内件的使用寿命。
3.3 调节精度
减压阀的过程控制偏差（调节精度）是减压阀的基本性能。提高调节精度的措施一方面是执行器的选配，影响调节精度的最主要因素就是执行器的精度。减压阀选配REXA的电液执行器，比电动和气动有更高的定位精度和更小的死区，死区最小达到0.3%，定位精度小于0.15%。另一方面是主阀设计，选用平衡式套筒结构，采用低摩擦的PTFE填料和泛塞密封圈，以减小摩擦力，从而减小驱动力。阀杆与阀芯、阀杆与执行器输出轴采用螺纹连接，消除连接空程。这些措施都将有效地提高减压阀的调节精度。
4 试验检验
4.1 研制试验
依据相关标准拟定了研制试验方案，对旋塞阀产品进行了试验考核和验证。试验内容主要包括壳体强度、阀杆密封、阀座密封、额定行程、阀体与阀杆间电阻检测、死区试验、固有流量特性和1500次带载动作试验。所有试验均符合相关标准要求，其中固有流量特性试验如图5所示。
图5 固有流量特性试验
4.2 鉴定试验
电液减压调节阀的鉴定试验检测项目及试验结果见表2。
表2 电液减压调节阀鉴定试验项目
4.3 工业应用试验
电液减压调节阀工业应用试验直接替换进口减压调节阀。安装位号为PV005A（图6）。截至目前，以连续运行近2a时间未出现故障及检维。
图6 工业应用试验（高明站）
5 结语
研制成功的电液减压调节阀在套筒结构、阀座密封结构和套筒密封结构等方面进行了优化设计，解决了固有流量特性设计、防气蚀设计和调节精度等关键技术。顺利通过了研制试验、鉴定试验和工业应用的验证和考核。结果表明研制的电液减压调节阀产品技术性能符合相关国际标准和规范要求，主要性能和技术指标达到了国际上同类阀门的水平，完全可以替代同类型进口产品。
来源：调节阀信息网
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发表于 2017-5-1 15:00:44
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