进口FESTO减压阀的压力和流量变化分析

进口FESTO减压阀的压力和流量变化分析
FESTO减压阀是一种自动降管路工作压力的专门装置，它可将阀前管路较高的压力减少至阀后管路所需的水平。按工作原理分，减压阀可分为先导式、直动式、定值器减压阀等几种类型。减压阀的工作原理是通过改变阀门节流启闭件的开度, 使通过阀门密封面的介质流速提高, 将介质的部分势能转换成动能, 从而使通过减压阀后的介质压力降。提高了流速的介质, 在管道中运动时会遇到更大的沿程阻力, 介质的部分动能又转换成热能扩散到管道和环境中。

1、FESTO减压阀的开度与性能的关系

FESTO减压阀工作过程中, 作为节流启闭件的主阀瓣开度是变化的。阀瓣开度的变化, 不但可以通过节流改变介质的压力, 而且可以系统所需要的流量稳定地通过减压阀。通常选定的减压阀允许通过的较大流量应大于系统需要的较大流量, 在减压阀后安装一个节流阀或截止阀用于调控系统的流量。

一个要求有稳定流量的系统, 在介质流经减压阀时, 介质的压力将降, 而流量不会发生变化。如果流经某减压阀的流量相同, 那么该减压阀的开度与减压阀的进出口压差成反比。FESTO减压阀的进出口压差越大, 开度越小, 介质经过减压阀的流速越大。减压阀的进出口压差越小, 开度越大, 介质经过减压阀的流速越小。如果流经减压阀的流量发生变化, 那么减压阀的开度将与流量的变化成正比, 流量越大, 减压阀的开度越大, 流量越小, 减压阀的开度越小。

FESTO减压阀的进口压力是由系统工况决定的,出口压力直接受到减压阀调节装置的控制。如果一个减压阀的调节装置设定了某一数值的阀后压力, 那么该减压阀的出口压力将在这个设定的数值附近作小范围(ΔPc) 波动, 此时进口压力的变化%Pj 对出口压力的变化% Pc的影响, 以及减压阀的流量的变化ΔQ 对ΔPc 的影响, 是反映该减压阀性能的重要指标,在一定的范围内, ΔPj 对ΔPc 的影响越小越好, 同样ΔQ 对ΔPc 的影响也是越小越好。

2、实例分析：以工作介质为氮气的DN50mm 活塞式减压阀为例, 分析不同工况下减压阀的性能。

通过对FESTO减压阀调节螺钉的调整, 使减压阀进口压力Pj = 5.25MPa , 出口压力Pc =3.15MPa , 锁定减压阀调节螺钉。实际操作当中, 在减压阀后要安装一台节流阀(或截止阀) , 用以控制流经减压阀的流量, 现假设该节流阀在调节到一定流量后被锁定。出口为常压, 可以理解为Pc = 0.1MPa , 远小于该减压阀调节螺钉所设定的出口压力3.15MPa , 故该减压阀是处于全开状态。此时的减压阀已经失去调节功能, 其阀前阀后的压差达到该流量下的小值, 介质的流速也达到该流量下的小值。此时进口压力Pj 再减小时, 经过减压阀的流量也将减少。当减压阀的进口压力Pj增加时, 出口压力Pc 也随之增加, Pj 增加多少, Pc 也增加多少, 保持压差不变, 故介质的流速也不变, 其流量也不变, 减压阀仍然处于全开状态。当Pc 增加到3.15MPa 时, 将不会继续升高, 减压阀恢复调节功能, 而此时的Pj 继续升高, 减压阀的开度将减小, 而不会对Pc 产生明显影响。

如果工况Ⅰ时, Pj = 5.25MPa , Pc =3.15MPa (ΔP = 211MPa) 。工况Ⅱ时, Pj =3.6MPa , Pc = 1.5MPa (ΔP = 2.1MPa ) 。当通过调节减压阀后面的节流阀控制通过减压阀的流量相同时, 工况Ⅰ和工况Ⅱ由于其压差ΔP 相同, 它们确定的减压阀开度是一样的。

如果FESTO减压阀后面的节流阀调节到一定开度后被锁定, 工况Ⅰ的流量要大于工况Ⅱ。同样, 工况Ⅰ所确定的减压阀开度要大于工况Ⅱ。必须指出的是, 若要达到工况Ⅱ, 必须通过调节减压阀的调节螺钉, 否则该减压阀不可能达到工况Ⅱ的状态。

如果在Pj = 3.6MPa , Pc = 1.5MPa (ΔP= 2.1MPa) 的基础上, 维持Pc = 1.5MPa ,如Pj 增加到4.5MPa , 减压阀的开度将减小。如Pj 减少到2.5MPa , 减压阀的开度将增加。这2 种情况下的减压阀的流量都是相同的, 出口压力Pc = 1.5MPa 也基本不变。

如果维持Pc = 1.5MPa , 温度为常温, 减压阀通过的流量达到306kg/ h 。因为减压阀仅减压力不减流量, 其流量由阀后的节流阀调控, 但必须通过试验测出减压阀处于全开状态, 流量达到306kg/ h 时, 其小压差ΔP。理论上ΔP ≥0.2MPa 。此时所需要的小进口压力Pj = Pc + ΔP = 1.7MPa 。