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耐磨节流风量调节阀的研制

Publisher:adminTime:2013-07-22Number:33

作 者:陈旺生 幸福堂 刘红 黄新发
摘 要:利用多孔射流扩散及射流叠加原理,采用双层叠板结构,研制出一种耐磨节流风量调节阀。可以取代目前除尘管网中广泛采用的节流管及风量调节阀来平衡管网阻力,具有较好的耐磨性能,使用寿命长,安装位置 不受限制,调节十分方便。
关键字:风量调节阀 节流管 射流

1 除尘系统节流管存在的问题及分析
为平衡除尘管网的阻力及调节风量,目前在除尘系统中广泛采用节流管及风量调节阀。
节流管通常安装在管网中相对很短的支管上,它的阻力系数一般都比较大。节流管的结构如图1所示,其开孔率是固定不变的,无法进行调节。



设节流管的开孔率为φ,管道中风速为v0,则中间芯管出口处的风速为
(1)
式中,φ=A/A0,其中A为芯管面积,A0为外管面积。
一般地,节流管的开孔率在0.2~0.5之间,故由式(1)可知,中间芯管出口处的风速v=(2~5)v0。当管道中的速度为16m/s时,芯管出口处的风速最高将达到80m/s。如果节流管安装位置不好(出口与弯头、三通等管件的距离小于5~10倍的管径),如此高的速度将会大大加快粉尘对节流管后的弯头、三通等管件的磨损。因为速度对磨损的影响程度最大,磨损量与速度的3次方成正比[1]。在武钢烧结厂现场观察可知,节流管出口附近6mm厚的弯头及三通,在一两周的时间内就被粉尘磨穿。
基于以上分析可知,节流管虽然可有效地用来平衡管网阻力,但也具有一定的局限性:一是节流管开孔率不可调节,二是节流管出口的高速气流将会导致后面的管件磨损加剧。
除尘系统中通常用风量调节阀来调节分支管和吸尘点的风量。一般情况下,系统的每个吸尘点均应安装风量调节阀,即使是在装设有节流管的分支管道上也应如此。目前应用于通风除尘系统中的风量调节阀主要型式有插板型及蝶型。
若气流中粉尘浓度大,磨损性强,而风量调节阀的开度又比较小时,插板阀及蝶阀都存在着一个共同的缺点就是阀体、阀芯极易磨损,甚至使与之相连的直管道都造成严重的磨损。风量调节阀易被磨损的主要原因是因为阀结构不合理,导致流场急剧变化、气流分布不均匀,从而引起粉尘对阀及管件的磨损加剧,如图2所示。在冶金企业中,这种情况随处可见,新安装的风量调节阀,快的一两周就被磨穿,造成较大的经济损失。



资料表明,目前国内尚无成本低、耐磨性能良好的风量调节阀。现有的风量调节阀有的采用加厚钢板制作,有的采用昂贵的耐磨材料制作,这种被动防磨,不仅不能从根本上解决磨损问题,而且导致成本大大增加。
本文介绍的耐磨节流风量调节阀具有节流管及风量调节阀的功能,可将两者合二为一。
2 节流耐磨风量调节阀的结构及原理
耐磨节流风量调节阀的结构如图3所示。它由阀体、活动多孔板、固定多孔板及开度调节装置所组成。活动多孔板与固定多孔板的开孔情况可完全一样,开孔形式主要有2种,即条形孔和圆形孔,如图4所示。



开度调节装置与含尘气流是隔离的,并且采用双齿轮及齿条传动,这样的结构不仅可以防止由于粉尘的堵塞而使开度调节装置失灵,而且不易锈死。通过转动开度调节装置上的调节手柄,即可带动活动多孔板左右移动,从而达到平衡阻力及调节风量的目的。当活动多孔板的开孔与固定多孔板上的开孔完全重合时,开度为最大;当活动多孔板的开孔与固定多孔板上的开孔完全错位时,阀的开度达到最小。在开度调节装置上装设有开度指示器,通过它可快速而准确地读出当前阀的开度。
该阀利用小孔(条形孔、圆形孔)射流扩散及叠加原理,使气流在很短的距离内均匀混合。

当气流通过固定多孔板及活动多孔板后,在有限空间内,平行射流相互叠加、掺混。图5以2股平行射流相互叠加为例:当2股平行射流距离较近时,射流的发展将互相影响。在汇合之前,每股射流独立发展。汇合之后,射流边界相交,互相干扰重叠,逐渐形成1股总射流,总射流充分发展后,即可在很短的距离内均匀混合,从而使速度沿阀体断面均匀分布。



一般地,条形孔的宽度或圆形孔的孔径均取10mm,孔桥的宽度也取10mm,射流的扩散角θ一般在2°~16°之间[2],则可计算出射流较充分混合的位置离孔口的距离为:
x=b/tanθ (2)
将b=15mm,θ=12°代入式(2)可得x=71mm。这表明,采用多孔结构,利用小孔射流扩散、叠加原理,气流通过耐磨节流风量调节阀后,在不到100mm的距离内即可均匀混合,这样就可避免高速气流对阀体及阀后管件造成严重的磨损。
其次,由于采用多孔结构,在阀体与多孔板的交汇处不易形成旋涡,从而大大减轻了粉尘对阀体的磨损。
另外,粉尘与阀芯(多孔板)的碰撞角度避开了易磨损的范围。粉尘的入射角对磨损具有较大的影响,当入射角在20°~30°时,磨损性最大[3]。

3 结论
耐磨节流风量调节阀可取代节流管及一般的风量调节阀,并可广泛地应用于除尘系统中。它的成功研制,将会带来较大的经济效益和社会效益,具有很好的应用前景。与节流管及传统的风量调节阀(插板阀、蝶阀)相比,耐磨节流风量调节阀具有明显的优点:
(1)结构十分简单,成本低。
(2)耐磨性能好,使用寿命长,一般使用寿命可延长3~5倍以上。
(3)安装位置不受限制,对其后面的管件无任何不利影响。
(4)该阀采用双齿轮及齿条传动,不易锈死,而传统的插板型风量调节阀采用的是螺杆传动,易锈死。
(5)操作方便,易达到风量调节的目的,并能迅速而又准确地得到当前阀的开孔率。

参考文献
[1] 姚群等.除尘管道磨损与防磨措施.建筑热能通风空调,2000,1
[2] 谭天佑,梁凤珍.工业通风除尘技术.北京:中国建筑工业出版社.1988.130
[3] 陈旺生等.武钢四烧除尘系统风量平衡调试.工业安全与环保.2001,8


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