高压控制阀的结构设计

    1 主要技术参数

    公称压力：2500lb

    阀体材料：F51

    额定Cv值：120

    泄漏等级：V级（GB/T4213-2008）

    流量特性：等百分比

    作用方式：气开

    流向：底进侧出

    连接方式：法兰（ANSIB16.5）法兰规格：6"2500lb

    2 工作原理与总体结构

1-气动装置 2-阀盖 3-金属缠绕式垫片

4-阀体 5、8-管道法兰 6-阀座填料 7-阀座

    该阀门为气开式的控制阀，通气阀门打开，失气时通过弹簧关闭。通过气动薄膜执行机构带动阀芯上下移动，改变截流面积，从而达到流量控制的作用。阀芯型面是经过计算的连续曲面，由数控机床加工而成，可满足等百分比流量特性。

    阀体、阀盖、法兰均采用锻件。阀体和法兰、阀体和阀盖分别通过螺柱、螺母连接紧固。阀体和阀盖采用金属缠绕式垫片密封；阀体与阀座采用阀座填料密封，由法兰压紧固定；法兰与阀体采用透镜垫密封。

    3 口径计算

    流量系数C_v，是控制阀的重要参数，它反映控制阀通过流体的能力。根据工艺参数计算流量系数C_v，选择阀座的口径。步骤如下：

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    4.1.确定阀门口径计算所需的参数和系数

    4.2.计算管道几何形状系数Fp

    式中：

    ∑_K-连接到阀门上的所有管件的速头损失度系数的代数和

    N₂-数字常数

    d-假设的阀门公称通经

    C_v-假设口径的阀门在100%行程时的阀门口径计算系数

    ∑_K=K₁+K₂+K_B1-K_B2

    K₁-上游管件的阻尼系数

    K₂-下游管件的阻尼系数

    K_B1-进口端伯努利系数

    K_B2-出口端伯努利系数

    伯努利系数KB1和KB2仅在阀门进口处的管道直径与阀门出口处的管道直径不同时使用。

    4.3.确定最大允许压力降△Pmax，计算结果与实际的工况压差△P进行比较，若△Pmax<△P，则该工况下会产生阻塞流，应该用计算出的△Pmax代替相应的阀门口径计算公式中的实际的工况压差△P（△P=P1-P2）。

    4.4.计算Cv值

    式中：

    Cv-阀门流量系数

    q-带连接体积流量

    N-公式常数，用体积单位作为流量来进行阀门口径计算时用N1

    F_p-管道几何形状参数

    P₁-上游绝对静压

    P₂-下游绝对静压

    G_f-液体比重

    根据计算出的C_v值与假设阀门的额定Cv值比较，要求计算出的Cv值不应超过假设阀门的额定Cv值。

    经计算确定该控制阀阀座的口径为3"，能够满足工况条件。同时选择较小气动装置即能满足密封要求。

    5.结构特点

    5.1 采用气动薄膜执行机构，具有结构简单、动作可靠、维修方便等优点，是一种应用广泛的执行机构。气动薄膜执行机构设计成双薄膜结构，增大了薄膜的有效面积，保证了传递给阀杆的作用力Fg，实现用户要求的双向切断。

    F_g=p×A_g

    式中：

    P-介质压力

    Ag-薄膜的有效面积

    式中：

    D-封闭处圆周的直径

    d-薄膜圆顶的直径

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    5.2 阀体直接与管道法兰采用螺栓连接，在设计上省去了连接法兰，节省材料，节约成本。阀座采用底部插入，装配时用螺钉吊住，最终通过管道对接法兰压紧。

    5.3 该阀门使用在尿素的生产过程中，介质具有腐蚀性，原料CO₂、NH₃、甲铵和尿素的水溶液，原料带入的硫化物、氯化物及生产过程中形成的碳酸铵溶液、稀氨水和少量氰酸等都具有腐蚀性，由螺栓连接的螺纹啮合部分容易产生缝隙腐蚀，在内件设计上应尽量减少螺栓联接。所以该阀的阀芯设计成一体式结构，避免了螺栓或者柱销连接固定，这样就避免了缝隙腐蚀。填料的安装尽量的靠近底部，减少缝隙的长度。

    5.4

1-阀座填料 2-阀座 3-阀体 4-透镜垫

5-管道法兰 6-螺钉 7-螺柱 8-螺母

    保证阀座与阀体连接有足够的密封性就要保证阀座填料有适度的压缩量，为确保阀座填料的压缩量，在阀座和阀体结构设计上限制了填料的压缩量，通过计算给定填料的空间，压紧阀座与阀体，使阀座填料压紧达到合适的压缩量。

    结语

    该阀门适用于高压、高腐蚀性液体，材料有较高的耐腐蚀性，结构稳定，能够满足工况要求。