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自力式差壓控制閥的研制及在循環(huán)壓縮機(jī)上的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù)：559 發(fā)布時(shí)間：2008-10-23
我院改建的中型試驗(yàn)裝置上，為控制氫氣循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)出口的壓差，原設(shè)計(jì)采用了下述的控制流程（見(jiàn)圖1）。該流程的工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下：
循環(huán)氫和新氫經(jīng)氫氣循環(huán)壓縮機(jī)增壓至P1后，經(jīng)調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)后，維持一定的系統(tǒng)氫氣流量。當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)的條件改變而引起系統(tǒng)氫氣流量變化后，調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)節(jié)流面積以維持系統(tǒng)氫氣流量的恒定。由于壓縮機(jī)的流量沒(méi)有變化，P1將隨著調(diào)節(jié)閥1節(jié)流面積的變化而變化，當(dāng)P1超過(guò)壓力變送器的給定壓力后，調(diào)節(jié)閥2開(kāi)啟，使多余的氫氣返回壓縮機(jī)入口。原設(shè)計(jì)控制差壓的系統(tǒng)需使用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、壓力變送器及配套儀表，投資約為1.5萬(wàn)元左右。筆者經(jīng)研究認(rèn)為，可以用一個(gè)自力式的差壓控制閥取代，但目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)此類(lèi)定型產(chǎn)品。為此，筆者設(shè)計(jì)了一種高壓差壓控制閥，投資僅數(shù)百元，且可*使用要求。
2 差壓控制閥的設(shè)計(jì)
工作條件壓力20MPa，介質(zhì)為氫氣、少量硫化氫及油氣，zui大工作差壓0~1MPa，流量范圍0~60Nm3/h。
差壓控制閥采用上、下游壓力平衡的原理設(shè)計(jì)，差壓控制靠調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量控制。一般文獻(xiàn)或所見(jiàn)的差壓控制閥都采用滑閥結(jié)構(gòu)，本文的應(yīng)用場(chǎng)合是高壓，且氣體中含有少量雜質(zhì)，采用滑閥結(jié)構(gòu)很容易堵塞，筆者設(shè)計(jì)成錐閥結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。差壓控制閥的閥芯為錐型，調(diào)差壓彈簧放在流體中，彈簧與手柄之間用O形圈密封。
對(duì)錐型閥芯略去液動(dòng)力外，其力平衡方程為
1/4πd2×（P1- P）=F
式中：d——閥孔直徑；F——彈簧力
增大彈簧壓縮量即增大循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)出口壓差，縮小彈簧壓縮量即縮小循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)出口壓差。為防止腐蝕，彈簧采用不銹鋼材質(zhì)。由于彈簧的剛度直接影響差壓控制閥的差壓控制精度，在滿(mǎn)足zui大工作差壓的條件下，應(yīng)盡量降低彈簧的剛度。彈簧的剛度和閥孔的大小也有直接的關(guān)系，閥孔直徑越大，彈簧剛度越大，反之越小，因此，在滿(mǎn)足zui大流量的條件下．盡量減少閥孔的直徑。其它設(shè)計(jì)本文不再贅述。
3 應(yīng)用
應(yīng)用前，筆者對(duì)該閥進(jìn)行了簡(jiǎn)單測(cè)試。差壓控制閥主要的性能有兩個(gè)：一個(gè)是流量特性，即流經(jīng)該閥的流量發(fā)生變化時(shí)，該閥控制的差壓變化范圍；另一個(gè)是壓力特性，即該閥的出口壓力或入口壓力變化時(shí)該閥控制的差壓變化范圍。測(cè)試條件是在zui大流量時(shí)變動(dòng)35%，壓力在zui大壓力為10MPa時(shí)變動(dòng)30%。
經(jīng)初步測(cè)試，該閥的差壓控制精度分別達(dá)到4%和2%以?xún)?nèi)。將該閥裝入系統(tǒng)內(nèi)，控制流程見(jiàn)圖3。操作時(shí)可根據(jù)該閥的上下游壓力表設(shè)定差壓。在設(shè)計(jì)的工作范圍內(nèi)，該閥工作正常，控制差壓精度*可以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，且較原來(lái)的控制方案節(jié)省了許多資金。除控制循環(huán)壓縮機(jī)的循環(huán)流量外，該閥還可以應(yīng)用在需要控制差壓的其它領(lǐng)域，尤其是高壓場(chǎng)合。
參考文獻(xiàn)
[1]楊源泉．閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995．
[2]吳國(guó)熙．調(diào)節(jié)閥使用與維護(hù)手冊(cè)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999．