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，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；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*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^[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。

原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司