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【摘 要】目前国内外最小流量阀产品结构形式多样，每种结构都有其最佳适用范围。本文介绍几种主要最小流量阀的结构形式、工作原理，对比分析各自的优缺点，供用户和设计单位有关人员参考。
【关键词】最小流量阀 节流串 转阀
1 概述
离心泵启动和小工艺流量时会因输送介质温度升高破坏密封及其他旋转零部件，同时会产生介质的内部循环形成气穴导致泵的损坏，因此离心泵需要最小流量保护设施。如图1所示，三通式最小流量阀具有止回、敏感工艺流量、防止介质倒流、多级减压、有效防止“水锤”[1]、汽蚀等特点，安装于离心泵出口，通过旁路回流保证泵的最小连续流量，提高泵的效率，减少泵的故障，保证泵更经济有效地正常工作，是离心泵的重要安全保护附件。最小流量阀替代了泵的传统最小流量保护方式控制循环系统中孔板、流量计、旁路控制阀等7个元器件[2]，不但简化了系统，更增加了可靠性。
最小流量阀广泛应用于核电、火电、石油、化工、冶金等行业的锅炉给水、冷却水设备、海上石油平台，煤化工净化装置贫甲醇、富甲醇泵出口，合成氨装置泵出口，储运装车泵出口等方面。最小流量阀是再循环系统中最主要、工作条件最恶劣的阀，安装于离心泵出口，对泵起到保护作用。在旁路处于开启状态时，将高压水通过逐级减压后排至回流管或其他装置，并且在减压过程中不会发生气蚀；而当其处于关闭状态时，能承受高达42MPa甚至更高的静压差，并做到关闭紧密。同时，保证在再循环系统处于开启状态时，高压水经过减压使阀出口压力与其他装置内压力接近，而不致造成压力振荡和发生汽蚀。
目前国内外最小流量阀产品结构形式多样，每种结构都有其最佳适用范围，很多客户对其结构特点及适用范围不甚了解，容易对最小流量阀产生误解，下面就几个典型结构适用范围及限制进行介绍。
2 套筒式
（1）结构形式。套筒式最小流量阀结构如图2所示，阀芯主要以主路止回阀为主，止回阀在主路调整流量的同时控制旁路孔板的高度，以控制旁路流量及减压。目前国内应用最多的场合就是煤化工净化装置富甲醇泵出口、中低压锅炉给水泵出口、储运装车泵等位置。
（2）工作原理。最小流量阀工作位置主要分为：旁路完全打开，主路、旁路共同工作，旁路完全关闭3个位置。
旁路完全打开位置：最小流量阀主路下游流量控制阀（或闸阀、调节阀等）关闭，泵启动后主路止回阀开启，但下游压力逐渐升高，上下游压力平衡后在弹簧力作用下主路止回阀逐渐关闭，旁路开启，泵在小流量运行；流体通过旁路回到泵入口，同时最小流量阀旁路具有减压功能，将介质压力降到泵入口压力，如图2（a）所示。
主路、旁路共同工作：最小流量阀主路下游流量控制阀逐渐开启，主路止回阀同步开启，同时旁路孔板逐渐被套筒遮挡实现旁路逐渐关闭，整个过程中主路旁路共同工作，其流量累加和大于泵的最小连续流量，如图2（b）所示，实现保护泵不气蚀。
旁路完全关闭位置：随着下游流量控制阀的开启，当最小流量阀主路流量大于泵的最小连续流量，旁路完全关闭，实现节能作用，如图2（c）所示。与此相反，当流量控制阀逐渐关闭，止回阀下游压力升高，止回阀开高逐渐降低，当主路流量低于泵最小连续流量时，旁路打开。当主路全关，旁路完全打开，旁路流量满足泵的最小连续流量。
（3）优点。①整阀减压形式结构简单，制造成本很低；②备件少，寿命长；③不容易卡涩。
（4）不足。①减压形式简单，相当于一级套筒式减压结构，最大减压能力40kg，主要应用在泵扬程较低工况；②止回阀与套筒滑动配合，旁路有一定的泄漏量，一般不超过正常流量的1%，不影响泵工作；③通常不具备旁路止回功能，用户可以根据实际情况选择旁路是否再内置止回阀。
3 多级节流串形式
（1）结构形式。多级节流串形式最小流量阀主路以弹簧和止回阀[3]为主，旁路通常为带有多级减压机构的节流串，主路与旁路通过转轴连接，如图3所示。旁路主要部件有转轴、活塞、锁紧螺母、减压衬套、控制器盖、涡旋衬套、涡旋塞，另外需要静密封圈及动密封圈。目前国内应用最多的是热电厂中、高压锅炉给水泵出口以及煤化工净化装置贫甲醇泵出口等场合。
（2）工作原理。旁路完全打开：如图4（a）所示，当主路关闭，旁路打开时，控制器盖和涡旋塞、涡旋衬套形成一个高压区，涡旋塞中心与旁路出口低压区连通，因此活塞、减压衬套、涡旋塞形成一部分低压区。在高低压作用下减压衬套受力不平衡，拉动锁紧螺母和涡旋塞向左运动，形成了旁路流道，涡旋衬套和涡旋塞形成逐级减压环面积，将介质压力降低。
主路、旁路共同工作：随着主路逐渐打开时，止回阀带动转轴向上抬起，转轴推动活塞、减压衬套向右运动，锁紧螺母和涡旋塞不再受减压衬套的拉动，在介质力作用下向右动作，直到最终关闭旁路出口。
旁路完全关闭位置：如图4（b）所示，该状态为旁路关闭，泵的最小连续流量完全通过主路，此时涡旋塞与涡旋衬套完全重合，在最后一级金属硬密封，实现旁路零泄漏。
当主路流量继续增加，最小流量阀主路止回阀带动阀杆继续上升，达到降低主路压降的目的，旁路维持关闭状态，如图4（c）所示。
（3）优点。①多级减压，最大可以减压20MPa压差；②调节性好，减压平稳，Cv值随流量变化而变化，不易发生气蚀；③主路、旁路止回，旁路零泄漏。
（4）不足。①旁路有多道非金属密封圈，不适用高温、低温工艺，并且非金属密封圈易老化，需定期更换；②结构复杂、造价高，有易损件，需定期更换；③在泵最小连续流量很低（小于4m3/h）时，受结构限制，旁路调节性差，容易发生旁路打不开现象。
4 转阀形式
（1）结构形式。转阀形式最小流量阀主路以弹簧和止回阀为主，旁路为转阀切换，多级孔板减压结构。主路与旁路通过转轴连接，如图5所示。旁路主要部件有转导杆、转阀、阀头、孔板等。目前国内应用最多的也是热电高压锅炉给水泵出口以及煤化工净化装置等。 （2）工作原理。旁路完全打开：最小流量阀主路下游流量控制阀（或闸阀、调节阀等）关闭，泵启动后主路止回阀开启，但下游压力逐渐升高，上下游压力平衡后在弹簧力作用下主路止回阀逐渐关闭，旁路转阀完全开启，介质再通过孔板多级减压，将介质压力降到泵入口压力，泵在小流量平稳运行，如图6（a）所示。最小流量阀主路下游流量控制阀逐渐打开，止回阀下游压力降低，在上游介质力作用下逐渐开启，带动导杆及转阀旋转，转阀过流孔逐渐被阀头遮挡使再循环流量逐渐减少。
当泵正常工作时，主路液压将止回阀完全打开，转阀完全关闭，再循环系统完全被切断。如图6（b）所示。当工况改变或异常时，随着主路液体压力的变化，止回阀处于不同的位置，也就调节了转阀处于不同的位置，使之满足离心泵的最小流量。当泵停止运行时，主路液压下降，止回阀在弹簧力及止回阀的自重作用下关闭，转阀开度逐渐增加，直到全开，旁路流量满足泵的最小流量。
转阀设计是旁路结构为转阀的最小流量阀主路和旁路切换的关键设备，转阀顾名思义就是通过旋转实现介质主路与旁路之间的切换，转阀的孔板为偏心设计。转阀的旋转角度由最小流量时止回阀的开高确定；孔板孔径的大小和个数可以根据流量的大小设定[4]，没有最小流量的限制；转阀运动过程中只有阀杆和转阀联动的部件，因此运动所受的摩擦力也很小。
（3）优点。①转阀运动过程中只有阀杆和转阀联动的部件，因此运动所受的摩擦力很小；②多级孔板减压，不受孔径及数量可调，不受小流量的限制；③运动部件少，可全金属密封，拓宽了阀门适用温度及介质。
（4）不足。①主路、旁路共同工作时，旁路流量达不到旁路最大流量，容易造成旁路减压孔板失效，减压集中在主阀与阀头切换位置，容易破坏内件，需定期更换旁路内件；②转阀为球型结构，高温时膨胀可能有卡涩或抱死情况；③长期使用旁路会有泄漏。
结语
一体式最小流量阀综合一体阀，内置节流阀、止回阀等，可直接安装于离心泵主出口，省却执行机构等装置，有效降低成本，同时具有品质高、安装简便，不易损坏，使用寿命长的优点，适于不同温度、不同介质。以上几种结构形式基本可以满足大多数工况，针对其他特殊工况可选择是否增加旁路止回阀、导淋孔、夹套伴热、平衡式止回阀，溢气端、先导阀等等。各种形式的一体式最小流量阀都有它的最佳适用范围，用户可根据自身工况量身定制最适合的高品质阀门。
参考文献
[1]王学芳，叶宏开，汤荣鸣，等.工业管道中的水锤[M].北京：科学出版社，1995：114-132.
[2]陈振明，靡若虚.离心泵手册[M].上海：上海科学技术文献出版社，1987：11-12.
[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1998：11-10.
[4]张宝峰.多级节流孔板的设计计算[J].西北电力级数，2005：27-28.
【关键词】最小流量阀 节流串 转阀
1 概述
离心泵启动和小工艺流量时会因输送介质温度升高破坏密封及其他旋转零部件，同时会产生介质的内部循环形成气穴导致泵的损坏，因此离心泵需要最小流量保护设施。如图1所示，三通式最小流量阀具有止回、敏感工艺流量、防止介质倒流、多级减压、有效防止“水锤”[1]、汽蚀等特点，安装于离心泵出口，通过旁路回流保证泵的最小连续流量，提高泵的效率，减少泵的故障，保证泵更经济有效地正常工作，是离心泵的重要安全保护附件。最小流量阀替代了泵的传统最小流量保护方式控制循环系统中孔板、流量计、旁路控制阀等7个元器件[2]，不但简化了系统，更增加了可靠性。
最小流量阀广泛应用于核电、火电、石油、化工、冶金等行业的锅炉给水、冷却水设备、海上石油平台，煤化工净化装置贫甲醇、富甲醇泵出口，合成氨装置泵出口，储运装车泵出口等方面。最小流量阀是再循环系统中最主要、工作条件最恶劣的阀，安装于离心泵出口，对泵起到保护作用。在旁路处于开启状态时，将高压水通过逐级减压后排至回流管或其他装置，并且在减压过程中不会发生气蚀；而当其处于关闭状态时，能承受高达42MPa甚至更高的静压差，并做到关闭紧密。同时，保证在再循环系统处于开启状态时，高压水经过减压使阀出口压力与其他装置内压力接近，而不致造成压力振荡和发生汽蚀。
目前国内外最小流量阀产品结构形式多样，每种结构都有其最佳适用范围，很多客户对其结构特点及适用范围不甚了解，容易对最小流量阀产生误解，下面就几个典型结构适用范围及限制进行介绍。
2 套筒式
（1）结构形式。套筒式最小流量阀结构如图2所示，阀芯主要以主路止回阀为主，止回阀在主路调整流量的同时控制旁路孔板的高度，以控制旁路流量及减压。目前国内应用最多的场合就是煤化工净化装置富甲醇泵出口、中低压锅炉给水泵出口、储运装车泵等位置。
（2）工作原理。最小流量阀工作位置主要分为：旁路完全打开，主路、旁路共同工作，旁路完全关闭3个位置。
旁路完全打开位置：最小流量阀主路下游流量控制阀（或闸阀、调节阀等）关闭，泵启动后主路止回阀开启，但下游压力逐渐升高，上下游压力平衡后在弹簧力作用下主路止回阀逐渐关闭，旁路开启，泵在小流量运行；流体通过旁路回到泵入口，同时最小流量阀旁路具有减压功能，将介质压力降到泵入口压力，如图2（a）所示。
主路、旁路共同工作：最小流量阀主路下游流量控制阀逐渐开启，主路止回阀同步开启，同时旁路孔板逐渐被套筒遮挡实现旁路逐渐关闭，整个过程中主路旁路共同工作，其流量累加和大于泵的最小连续流量，如图2（b）所示，实现保护泵不气蚀。
旁路完全关闭位置：随着下游流量控制阀的开启，当最小流量阀主路流量大于泵的最小连续流量，旁路完全关闭，实现节能作用，如图2（c）所示。与此相反，当流量控制阀逐渐关闭，止回阀下游压力升高，止回阀开高逐渐降低，当主路流量低于泵最小连续流量时，旁路打开。当主路全关，旁路完全打开，旁路流量满足泵的最小连续流量。
（3）优点。①整阀减压形式结构简单，制造成本很低；②备件少，寿命长；③不容易卡涩。
（4）不足。①减压形式简单，相当于一级套筒式减压结构，最大减压能力40kg，主要应用在泵扬程较低工况；②止回阀与套筒滑动配合，旁路有一定的泄漏量，一般不超过正常流量的1%，不影响泵工作；③通常不具备旁路止回功能，用户可以根据实际情况选择旁路是否再内置止回阀。
3 多级节流串形式
（1）结构形式。多级节流串形式最小流量阀主路以弹簧和止回阀[3]为主，旁路通常为带有多级减压机构的节流串，主路与旁路通过转轴连接，如图3所示。旁路主要部件有转轴、活塞、锁紧螺母、减压衬套、控制器盖、涡旋衬套、涡旋塞，另外需要静密封圈及动密封圈。目前国内应用最多的是热电厂中、高压锅炉给水泵出口以及煤化工净化装置贫甲醇泵出口等场合。
（2）工作原理。旁路完全打开：如图4（a）所示，当主路关闭，旁路打开时，控制器盖和涡旋塞、涡旋衬套形成一个高压区，涡旋塞中心与旁路出口低压区连通，因此活塞、减压衬套、涡旋塞形成一部分低压区。在高低压作用下减压衬套受力不平衡，拉动锁紧螺母和涡旋塞向左运动，形成了旁路流道，涡旋衬套和涡旋塞形成逐级减压环面积，将介质压力降低。
主路、旁路共同工作：随着主路逐渐打开时，止回阀带动转轴向上抬起，转轴推动活塞、减压衬套向右运动，锁紧螺母和涡旋塞不再受减压衬套的拉动，在介质力作用下向右动作，直到最终关闭旁路出口。
旁路完全关闭位置：如图4（b）所示，该状态为旁路关闭，泵的最小连续流量完全通过主路，此时涡旋塞与涡旋衬套完全重合，在最后一级金属硬密封，实现旁路零泄漏。
当主路流量继续增加，最小流量阀主路止回阀带动阀杆继续上升，达到降低主路压降的目的，旁路维持关闭状态，如图4（c）所示。
（3）优点。①多级减压，最大可以减压20MPa压差；②调节性好，减压平稳，Cv值随流量变化而变化，不易发生气蚀；③主路、旁路止回，旁路零泄漏。
（4）不足。①旁路有多道非金属密封圈，不适用高温、低温工艺，并且非金属密封圈易老化，需定期更换；②结构复杂、造价高，有易损件，需定期更换；③在泵最小连续流量很低（小于4m3/h）时，受结构限制，旁路调节性差，容易发生旁路打不开现象。
4 转阀形式
（1）结构形式。转阀形式最小流量阀主路以弹簧和止回阀为主，旁路为转阀切换，多级孔板减压结构。主路与旁路通过转轴连接，如图5所示。旁路主要部件有转导杆、转阀、阀头、孔板等。目前国内应用最多的也是热电高压锅炉给水泵出口以及煤化工净化装置等。 （2）工作原理。旁路完全打开：最小流量阀主路下游流量控制阀（或闸阀、调节阀等）关闭，泵启动后主路止回阀开启，但下游压力逐渐升高，上下游压力平衡后在弹簧力作用下主路止回阀逐渐关闭，旁路转阀完全开启，介质再通过孔板多级减压，将介质压力降到泵入口压力，泵在小流量平稳运行，如图6（a）所示。最小流量阀主路下游流量控制阀逐渐打开，止回阀下游压力降低，在上游介质力作用下逐渐开启，带动导杆及转阀旋转，转阀过流孔逐渐被阀头遮挡使再循环流量逐渐减少。
当泵正常工作时，主路液压将止回阀完全打开，转阀完全关闭，再循环系统完全被切断。如图6（b）所示。当工况改变或异常时，随着主路液体压力的变化，止回阀处于不同的位置，也就调节了转阀处于不同的位置，使之满足离心泵的最小流量。当泵停止运行时，主路液压下降，止回阀在弹簧力及止回阀的自重作用下关闭，转阀开度逐渐增加，直到全开，旁路流量满足泵的最小流量。
转阀设计是旁路结构为转阀的最小流量阀主路和旁路切换的关键设备，转阀顾名思义就是通过旋转实现介质主路与旁路之间的切换，转阀的孔板为偏心设计。转阀的旋转角度由最小流量时止回阀的开高确定；孔板孔径的大小和个数可以根据流量的大小设定[4]，没有最小流量的限制；转阀运动过程中只有阀杆和转阀联动的部件，因此运动所受的摩擦力也很小。
（3）优点。①转阀运动过程中只有阀杆和转阀联动的部件，因此运动所受的摩擦力很小；②多级孔板减压，不受孔径及数量可调，不受小流量的限制；③运动部件少，可全金属密封，拓宽了阀门适用温度及介质。
（4）不足。①主路、旁路共同工作时，旁路流量达不到旁路最大流量，容易造成旁路减压孔板失效，减压集中在主阀与阀头切换位置，容易破坏内件，需定期更换旁路内件；②转阀为球型结构，高温时膨胀可能有卡涩或抱死情况；③长期使用旁路会有泄漏。
结语
一体式最小流量阀综合一体阀，内置节流阀、止回阀等，可直接安装于离心泵主出口，省却执行机构等装置，有效降低成本，同时具有品质高、安装简便，不易损坏，使用寿命长的优点，适于不同温度、不同介质。以上几种结构形式基本可以满足大多数工况，针对其他特殊工况可选择是否增加旁路止回阀、导淋孔、夹套伴热、平衡式止回阀，溢气端、先导阀等等。各种形式的一体式最小流量阀都有它的最佳适用范围，用户可根据自身工况量身定制最适合的高品质阀门。
参考文献
[1]王学芳，叶宏开，汤荣鸣，等.工业管道中的水锤[M].北京：科学出版社，1995：114-132.
[2]陈振明，靡若虚.离心泵手册[M].上海：上海科学技术文献出版社，1987：11-12.
[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1998：11-10.
[4]张宝峰.多级节流孔板的设计计算[J].西北电力级数，2005：27-28.