【埃松连载】文丘里阀原理、性能及材质对比分析

文丘里阀是一种基于文丘里效应制造的风量调节与控制设备，是一种与压力无关、高调节比、快速响应型、高精度风量控制阀门。广泛应用于生物类、理化类实验室、动物房、医院、隔离病房、各类型制药厂房，实现对气流的精度控制。

文丘里阀在科研建筑中的应用起源于美国，随着国家科研领域发展日新月异，中国制造已经不再是低端的代名词，各个领域“专精特新”企业的自主研发如雨后春笋，蓬勃发展，国产替代必将成为市场的主流产品。近年来，市场上出现不同品牌不同材质不同档次的文丘里阀产品，让设计方、建设方、需求方在产品选择时有些茫然，今天小编就针对市场现有的产品，从原理、材料、性能做一个深度解析。

文丘里阀及其控制系统原理

文丘里效应

也称文氏效应。这种现象以其发现者意大利物理学家文丘里(Giovanni Battista Venturi)命名。该效应表现在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。而由伯努利定律知流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。

文丘里原理

当气体或液体在文丘里管里面流动，在管道的最窄处，动态压力(速度头)达到最大值，静态压力(静息压力)达到最小值。气体(液体)的速度因为通流横截面面积减小而上升，整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而产生压力差，这个压力差用于测量或者给流体提供一个外在吸力。

通风柜文丘里阀控制系统原理

控制原理：由变风量文丘里阀、位移传感器、变风量控制器及数显单元组成的开环控制系统（如上图框图）。位移传感器实时测量排风柜移门开度，变风量控制器通过运算并实现对作为“执行器”的变风量文丘里阀的调节控制来确保所需排风量值，从而实现排风柜面风速稳定在设定值。

排风柜面风速计算：V= Q/3600(W*H+M)

公式中：

V—排风柜面风速，m/s；

Q—排风柜排风量，m³/h；

H—排风柜移门开启高度，m；

W—排风柜移门宽度，m；

M—排风柜补风翼（Aerofoil）下固定面积，㎡。

实验室文丘里阀控制系统原理

不同的应用场景，对实验室的压力梯度有不同的要求，送风阀门需要实时快速地跟随排风阀门的变化而变化，保证实验室压力的稳定及气流的单向性。

实验室余风量压力控制是一种针对大开间及难以建立压力梯度的敞开式实验室需求而设计的控制方式。余风量控制器通过调节房间送风、全室排风阀门来保持设定的补偿风量值，来保持实验室风量平衡、通风换气。同时，房间温度传感器直接测量房间的温度，调节再热盘管阀门来保持实验室温湿度的舒适性。

文丘里阀材料选择及对比

铝制文丘里阀

技术特点：

耐腐蚀性能：金属铝是活泼金属，易与空气中的氧气反应，并在其表面上生成致密的氧化膜，能阻止与空气的接触具有一定的抗腐蚀性能，通过酚醛树脂或特氟龙静电粉末喷涂后抗腐蚀性能更优。

物理性能：对环氧酚醛树脂喷涂铝制文丘里阀与316L不锈钢文丘里阀分别进行力学测试。在氢氧化钠溶液浸泡48h碱性条件下检测：屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面伸长率。检测结果表明，在0.1mol/L的氢氧化钠碱性溶液浸泡48小时后，四项物理性能结果表明环氧酚醛树脂性能均优于316L不锈钢。

控制性能：铝制文丘里阀均通过国内外各项性能指标测试，精度控制、响应速度均满足国际和国内标准要求，技术更成熟，产品更稳定。

不锈钢材质文丘里阀

技术特点：

压力无关性：不锈钢椎体在相同情况下（规格尺寸和壁厚），重量远大于密度较低的铝制椎体，因此其椎体对弹簧要求更高，更难实现良好的压力无关性能，国内文丘里阀研发采用“反向工程研发方式” ，目前国内市场没有能够很好满足不锈钢文丘里阀锥体要求的弹簧，因此达不到良好的压力无关性能。

防腐性能：不锈钢材质易受酸和氯化物的侵蚀（具体取决于铬镍的含量），因此不锈钢材质的文丘里阀并不具备良好的耐盐雾及酸碱腐蚀性能，用于排风环境下的不锈钢材质的文丘里阀依旧需要进行防腐喷涂处理。

新材料：碳纤维材质文丘里阀

技术特点：

材料强度高：与传统金属材料相比，碳纤维复合材料质量轻，强度高，韧度高。

稳定耐疲劳：碳纤维材质的耐高低温性能好，导热系数较高，而且线膨胀系数沿纤维轴向具有负的温度效应，即随温度的升高，碳纤维复合材料有收缩的趋势，尺寸稳定好，耐疲劳性好。

耐腐蚀，抗老化，使用寿命长：碳纤维材质能耐酸，碱，盐，部分有机溶剂及其它腐蚀性侵蚀，在防腐蚀领域有其它金属无法比拟的优越性，且有较好的耐水性和抗老化性。

难加工：碳纤维材料加工时需要进行复杂的应力计算，加工生产效率不高；加工成碳纤维制品后脆性大，易断裂，从而对机械加工的工艺要求非常高。

造价高，应用少：碳纤维是一种新型材料，广泛应用于航空航天领域，材料成本远远高于铝制和不锈钢文丘里阀；且碳纤维文丘里阀在实验室环境应用案例少，性能和稳定性尚需时间验证。

文丘里阀的性能

关于“响应速度”的正确理解

响应速度是评价阀门的重要特点，响应速度越快，阀门的性能也就越好，但是对于文丘里阀的响应速度，有不同的测试方式，如下图所示，为两种响应速度的测试方式。

由上述表格可以得知，ASHRAE110-2016通风柜性能测试标准关于响应速度的定义，是指通风柜移门从变化到系统最终稳定到90%，而目前很多品牌对于响应速度的定义是移门开启完成到90%开始计算，到流量反馈为设定值的90%，二者时间计算的方式不同，导致有些时候阀门响应速度的对比会出现较大的偏差。

注：ASHRAE（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers）成立于1894年，是美国采暖，制冷与空调工程师学会。

ASHRAE110-2016“响应速度”的测试方法

ASHRAE110-2016对于响应速度测试流程：关闭排风柜视窗并记录监视器读数→30秒后以大约0.5m/s速度打开排风柜视窗至设计开度（记录视窗移动的时间）→60秒后以大约0.5m/s速度关闭调节视窗→再重复上述测试步骤2次总计达到3个循环周期→确定VAV响应速度（排风柜调节视窗移动开始后至达到最终稳态值90%所用时间）、稳态时间评估可重复性。

规范要求：响应速度<3秒；

注意：切勿将对信号的响应时间定义为系统“响应速度”，系统对信号的响应均为毫秒级。

角行程（执行器）VS直行程（电动推杆）

VS

★ 角行程文丘里阀通常会采用2.5秒或者1秒快速执行器，其扭矩≤4NM，对于文丘里阀应用而言，较大规格（如12寸、14寸）或者在压力相对较高时（＞500PA）极易产生扭矩不够，容易发生“跑位”导致风量不准；直行程推杆推力大，不会产生“跑位”。

★ 角行程文丘里阀行程较直行程推杆较短，风量可标定范围窄，一旦发生“跑位”风量精度就会大大降低；

★ 角行程文丘里阀往往会用执行器的反馈信号作为流量反馈信号来源，直行程推杆会另配一个电位计作为风量的反馈信号，精度和准确性会大大提高。

文丘里阀控制效果的实现在于“快”“准”“稳”的统一，响应速度“快”只是其性能要求之一。在满足响应速度小于3秒前提下，相较于“快”，“准”和“稳”更为重要，“准”体现在风量的控制精度和压力无关特性两个方面，文丘里阀出厂校验和执行机构的类型等都对阀门风量控制精度有着较大的影响，同时，文丘里阀（中压阀在150-750Pa间）在压力范围内与压力无关（详见上述数据）特性也对阀门的风量精度具有十分重要的意义；“稳”即为系统的稳定性，如果响应速度一味追求“快”而忽略“稳”，系统就会产生反复震荡和过冲，会带来新的安全风险。

埃松文丘里阀介绍

埃松文丘里阀性能

1. 阀门采用文丘里效应作为原理，出厂时48/60点原厂标定；

2. 铝制阀体，不锈钢抛光阀杆采用特氟龙喷涂；

3. 阀门涂层：酚醛树脂、特氟龙喷涂可选；

4. 150-750Pa工作压力范围内风量与压力无关；

5. 风量控制精度±5%以内；

6. 阀门风量调节比最高可达20:1；

7. 对信号变化响应时间小于1秒；

8. 对管道压力变化响应时间小于1秒；

9. 出厂可选法兰，便于安装和维护；

10. 阀门自带智能控制器，功能齐全，且标配开放式通讯协议；

11. 阀门型号齐全，满足各种风量需求。

埃松文丘里阀优势

性能稳定，品质卓越

★ 埃松文丘里阀自从研发开始，从阀体材料选择、阀体核心配件（弹簧和椎体）、生产工艺、风量标定，控制软件都建立了符合国际标准的研发及生产体系，确保每批次产品的性能稳定和卓越品质。

★ 埃松文丘里阀采用进口粉末静电喷涂，对比应用喷油工艺的阀门，耐磨、耐划刻性更好，保证阀门表面不被破坏，始终保持优秀的防腐性。

★ 对于影响文丘里阀精度和压力无关性的核心配件“弹簧与椎体”，埃松通过大量的研发投入，从材料、生产工艺，反推测试和疲劳测试严控质量，确保埃松文丘里阀优秀的一致性与稳定性，从而达到产品的性能稳定。

精准标定，权威认证

★ 埃松与科研机构产学研的自动标定线为国内首创，标定自动程度高，标定装置通过上海市计量测试技术研究院和华东国家计量测试中心双重权威认证。

★ 埃松文丘里阀门在出厂时都要进行风量预标定，严格检测在一定范围内文丘里阀的风量控制准确度（精度），确保在对应的风量控制范围内，文丘里阀门压力无关的准确性，真正实现文丘里阀的压力无关性、快速响应，高精度风量控制。

★ 埃松文丘里阀通过权威机构出具的CE、 FCC、RoHS认证。

★ 埃松文丘里阀通过国家空调设备质量监督检验中心出具的“风量与阀门前后压差无关性”权威认证。

技术成熟，市场口碑高

★ 埃松作为国家高新技术企业、上海市“专精特新”企业、实验室领域的“硬科技”企业，所有应用于市场的产品均有成熟的技术支撑和规模化生产体系，且埃松长期与国内各大高校的科研团队，尤其在暖通专业，材料科学、化工工程、环境工程和自动化控制等专业领域，持续深化产学研合作，推动产品和技术保持行业领先。

★ 埃松产品广泛应用于各种类型的风险环境和科研建筑中，长期获得设计方、建设方、使用方的高度认可，获得口耳相传的用户口碑。

通风柜文丘里阀控制系统组成

标准配置

● 变风量文丘里阀

● 位移传感器

● 数显面板

● 电源模块

可选配置

● 区域传感器

● 自动门控制系统

● 柜内温湿度传感器

埃松文丘里阀性能测试

埃松文丘里阀通过基于ASHRAE110-2016“响应速度” 测试。

埃松文丘里阀通过国家空调设备质量监督检验中心压力无关性测试，风量控制精度在±5%以内。

埃松文丘里阀具备CE、FCC、RoHS认证。

自主研发，持续创新

实验室是科技创新的主阵地，更是理论研究、产品孕育和检验检测的重要场所，还是科研人才培养的摇篮。实验室已成为经济建设、国家安全和美好生活的重要支撑。

埃松秉持“精于技·专于业”的服务理念，坚持自主研发与创新之路，不断追求极致的产品和方案，为实验室用户创建安全、舒适、节能、环保、智能的实验环境；运用专业、实践和创造力，获得可持续发展的源泉；厚积薄发，推动社会发展，造福人类。