滑板式控制阀在高可调比中的应用

在流程工业生产装置上，经常会遇到一些特殊工况条件，并对控制阀的选择带来了很多问题。例如：在同一条管道上要求实现从小流量到大流量输送控制的工况条件，这对控制阀选型提出的要求是既要满足在小流量工况下流量或压力的稳定控制，又要适合大流量工况下流量或压力平稳调节。

按照通常的控制阀选型思路，一般都会考虑采用分程控制回路，即用2台控制阀来实现这一目标，但会导致设备投资的增加和工况切换时流量和压力的波动。

用1台直通单座控制阀来实现这个控制目的，可能会出现控制系统不稳定及其精度不理想以及阀门振荡损坏的情况，另外直通阀的阀芯和阀座在小开度时，阀芯和阀座间的节流间隙很小，易发生摩擦撞击而损坏密封面。因此，对直通单座控制阀的选择原则是：满足可控流量的前提下，尽可能地避开控制阀在小开度的情况下工作，同时也必须留有一定的可控余量。

滑板式控制阀具有受流体的不平衡力小，控制稳定性好，在全行程范围内都能实现正常控制等优点。当气动滑板式控制阀配备智能阀门定位器时，最小可控开度可以从3%开始，最大可到96%（实际可调比为32），而不影响阀门使用寿命和控制精度。

滑板式控制阀基本参数如下：

驱动方式：气动、电动、自力式，手动；公称直径：DN15～DN250；公称压力：PN16～PN100；介质温度：－200～530℃。

滑板式控制阀基本性能特点：

节能、降耗、免维护；滑板式控制阀由于受到流体介质的不平衡力只是常规直通单座阀的1/10，因而在小开度的情况下也能正常运转使用。滑板式控制阀开启与关闭时没有直通单座阀那样的阀芯阀座密封面的碰撞，并且还能在流体介质的压差作用下在开关动作的过程中做自研磨，控制阀的泄漏极小，密封能得到长期的保证。

该控制阀具有受流体不平衡力小的特点，主要是由滑板式控制阀的特殊结构所决定的。如图1所示。

图1 滑板式控制阀结构示意

滑板式控制阀的节流原理：阀内件结构是由两块开有节流槽的平板组成的，一块平板是固定不动的，称之为定滑板；另一块平板与阀杆相连，由阀杆带动，称之为动滑板；当动滑板上下移动时，动滑板与定滑板上的节流槽会发生位置上的相对变化，从而改变节流面积，起到调节流体流量的作用，如图2所示。

图2 阀的节流原理示意

滑板式控制阀阀内件的节流槽是垂直截断流体的，流体流经节流槽时会产生对节流槽四周一个作用力，即通常所说的控制阀的不平衡力。该不平衡力可以通过公式（1）计算：

式中：Δp——阀前后压差；Aslot——流体作用的有效面积；μ——滑板之间的动摩擦系数，μ＝0.25。

滑板式控制阀的Aslot不等同于常见的直通单座控制阀的阀芯Aseat，它远比直通单座控制阀阀芯受不平衡力有效面积Aseat要小得多。公式（2）是上海源冠自控设备有限公司的技术人员，将同口径和压力等级、相近流量系数的直通单座控制阀和滑板式控制阀在实验室经过大量的试验对比所得到的模拟数据计算。

式中：ASeat——阀芯有效面积

由公式（2）可知：在相同的工况条件下，流体介质对滑板式控制阀不平衡力约是直通单座控制阀不平衡力的1/10。

当然，克服控制阀的不平衡力，可以通过提高执行机构的输出力来实现，但需要增大执行机构的尺寸同时加粗阀杆以提高阀杆的强度；但是直通单座控制阀在关闭时阀芯与阀座的撞击和摩擦还是不可避免的，密封泄漏难以得到长期保证。而滑板式控制阀只需较小的执行机构就可以轻松克服不平衡力对控制阀的影响，在微小开度时不会因不平衡力特别大而引起控制波动，同时在关闭时只是动滑板与定滑板之间的节流槽位置的错开，没有撞击，并且在阀前压力的作用下使得动滑板能更紧密地与定滑板贴在一起，再也不用担心传统直通阀的阀芯阀座关闭时所产生的撞击带来的阀座损坏和密封泄漏问题。

以下通过苏州化工厂滑板式控制阀实际应用案例作简单介绍。

在苏州化工厂的工况条件为：

流体介质：蒸汽；管道口径：DN15；阀前压力：0.6 MPa（G），阀后压力：0.5 MPa（G）；最大流量：10 kg/h，正常流量：5 kg/h，最小流量：1 kg/h；操作温度：150℃。

用户以前使用直通单座控制阀，实际工况下的开度很小，均在10%开度以下，因此控制阀的工作极不稳定，即使采用手动控制，流量也常难以得到保证，更不能使控制系统投入自动运转，投运使用一段时间后控制阀的泄漏量增大，经常要对该阀进行维修工作。

该公司依据苏州化工厂这一特定的工况条件，经计算，选择V8020气动滑板式控制阀，其公称口径DN15，额定Cv值选择了0.3。

对应最大流量时的Cv值为0.209，控制阀的开度为68%；对应正常流量时的C v值为0.104，控制阀的开度为33%；对应最小流量时的Cv值为0.02，控制阀的开度为7.2%。经过6年多的实际运转使用，滑板式控制阀的控制稳定而有效，自控系统也投入了自动，自投用以来未对该控制阀进行维修维护工作。（上海源冠自控设备有限公司）