控制閥選型時(shí)，壓力參數(shù)的效率是否比閥內(nèi)件流體流速重要？近來(lái)閥門(mén)制造行業(yè)對(duì)此問(wèn)題的爭(zhēng)論一直持續(xù)不斷。
閥內(nèi)件出口流體流速盡管在控制閥選型時(shí)是需要考慮的一個(gè)參數(shù)，但是它不會(huì)描述控制閥內(nèi)發(fā)生的整個(gè)物理現(xiàn)象。因此，運(yùn)用閥內(nèi)件流體流速方法解決控制閥內(nèi)可能出現(xiàn)的許多問(wèn)題是靠不住的，在很多情況下，并不能提供最經(jīng)濟(jì)的解決方案。
空化
當(dāng)純液體通過(guò)控制閥節(jié)流后，如果流動(dòng)液體的靜壓降低到低于該液體的飽和蒸汽壓時(shí)，可能出現(xiàn)空化。此時(shí)，液體流動(dòng)的連續(xù)性因部分液體氣化形成氣泡被打破了。由于控制閥都會(huì)表現(xiàn)某一壓力恢復(fù)的特性，最終的下游壓力通常高于節(jié)流孔喉口的靜壓。當(dāng)下游壓力高于流體的飽和蒸汽壓時(shí)，蒸汽氣泡潰裂回復(fù)為液體。這一兩級(jí)轉(zhuǎn)化的過(guò)程被稱為空化。
蒸汽氣泡的破裂可能引起高達(dá)100000psi的局部壓力波。同樣，在閥內(nèi)出現(xiàn)空化期間，由于氣泡的破裂是不均勻的，流體會(huì)形成微小噴射。高密度壓力波與微小噴射對(duì)閥門(mén)表面的沖擊同時(shí)發(fā)生，能夠引發(fā)嚴(yán)重危害?？栈奈：?dǎo)致閥芯和閥座面很快損壞，也會(huì)對(duì)閥體造成損壞（見(jiàn)照片）。它還會(huì)帶來(lái)噪音和振動(dòng)問(wèn)題，構(gòu)成安全隱患。因此必須了解和防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，特別是遇到高壓降情況時(shí)。在對(duì)控制閥內(nèi)是否會(huì)出現(xiàn)空化進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，有三個(gè)參數(shù)應(yīng)當(dāng)加以考慮：閥門(mén)入口壓力（P1）、閥門(mén)出口壓力（P2）和液體飽和蒸汽壓（Pv）。空化危害的大小，很大程度上取決于這三個(gè)參數(shù)之間的相互關(guān)系。閥門(mén)兩端的壓降越高，Pv越是接近P2，空化的危害性越大。
阻塞流
閥門(mén)內(nèi)的壓力恢復(fù)是其特殊的內(nèi)部幾何條件的一個(gè)功能。一般來(lái)說(shuō)，閥內(nèi)結(jié)構(gòu)流線型的條件越好，壓力恢復(fù)會(huì)更頻繁，從而增加了空化發(fā)生的可能性?？栈_(kāi)始時(shí)閥內(nèi)的壓降被稱為臨界壓降。如果實(shí)際壓降高于臨界壓降且下游壓力高于液體的飽和蒸汽壓時(shí)，會(huì)形成完全阻塞流。
在控制閥的ISA S75.01和IEC534-2標(biāo)準(zhǔn)中，完全阻塞流情況下閥門(mén)兩端的臨界壓降可以根據(jù)圖1的公式計(jì)算。公式清晰地描述，閥內(nèi)件內(nèi)的液體流速不是用來(lái)預(yù)測(cè)和確定完全阻塞流或完全空化的參數(shù)。閥門(mén)壓降、液體飽和蒸汽壓和閥門(mén)壓力恢復(fù)系數(shù)是通常用來(lái)確定完全阻塞流和空化條件的參數(shù)。
西格瑪方法
用來(lái)預(yù)測(cè)控制閥內(nèi)空化危害的方法被稱為“西格瑪方法”。它是由ISA 75.23推薦的，并且以實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。這種方法將“使用條件s值”與“閥門(mén)s值”比較，這是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)危害的特殊的幾何臨界值的試驗(yàn)確定的（見(jiàn)圖2）。
使用西格瑪方法后，流體在閥內(nèi)件內(nèi)的流速不能用來(lái)預(yù)測(cè)空化的危害。西格瑪方法依靠閥門(mén)兩端的壓降、液體的飽和蒸汽壓、閥門(mén)尺寸和其他在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)閥門(mén)進(jìn)行測(cè)試確定的壓力和閥門(mén)尺寸參數(shù)。
液體流速
流體在閥內(nèi)件內(nèi)的流速是通過(guò)圖3所示公式計(jì)算得出的。對(duì)于多級(jí)閥內(nèi)件而言，可利用每級(jí)閥內(nèi)件兩端的壓降確定液體經(jīng)過(guò)每級(jí)閥內(nèi)件各自的流速。
閥內(nèi)件內(nèi)液體流速雖然由壓降而定，但是由于液體飽和蒸汽壓不包括在內(nèi)，因此不能預(yù)測(cè)空化的發(fā)生和它造成的危害。換句話說(shuō)，完成空化和它對(duì)閥門(mén)造成的危害的預(yù)測(cè)，必須參考臨界壓降計(jì)算和西格瑪方法。
舉例
假設(shè)閥內(nèi)件液體流速分析不能解決控制閥內(nèi)的空化問(wèn)題。例如，假設(shè)水流過(guò)閥門(mén)有兩個(gè)條件：
◆條件1－流量為900gpm，入口壓力為2000psig，出口壓力為1000psig，液體飽和蒸汽壓為1psia。
◆條件2－流量為900gpm，入口壓力為500psig，出口壓力為3psig，液體飽和蒸汽壓為1psia。
條件1中的壓降（1000psi）高于條件2中的壓降（497psi）。因此，根據(jù)閥內(nèi)件液體流速分析和使用圖3內(nèi)的公式，條件1中所需的閥內(nèi)件(閥內(nèi)件內(nèi)的彎道和分級(jí)更多)系數(shù)K比條件2的高，使閥內(nèi)件液體流速達(dá)到理想的低流速，使閥內(nèi)件避免受損害。
然而，條件2的空化比條件1的嚴(yán)重得多，因?yàn)闂l件2中的出口壓力（3psig）比條件1中的出口壓力（1000psig）更加接近液體的飽和蒸汽壓（1psia）。
這說(shuō)明閥內(nèi)件液體流速分析不能預(yù)測(cè)控制閥內(nèi)空化的危害，因?yàn)樗耆蕾嚕≒1-P2），缺少液體飽和蒸汽壓參數(shù)（Pv）和P1、P2、Pv之間的關(guān)系。
下面是另一個(gè)例子：在許多應(yīng)用中，硬使閥內(nèi)件出口液體流速降低，例如，達(dá)到100ft/sec，可能顯得非常保守，而且可能仍然不足以使閥門(mén)免受空化危害。使閥內(nèi)件出口液體流速降低到100ft/sec，將有賴于多級(jí)閥內(nèi)件，這樣做的話，成本可能非常高，而且沒(méi)有什么必要。
圖2：這兩個(gè)使用條件s和閥門(mén)s的公式說(shuō)明閥內(nèi)件流體流速不能用來(lái)預(yù)測(cè)空化的危害。
圖3：當(dāng)液體飽和蒸汽壓不包括在內(nèi)時(shí)，計(jì)算液體流速的公式不能預(yù)測(cè)空化。 在這個(gè)例子中，介質(zhì)是水，達(dá)到100鸉，流量達(dá)到200gpm，閥門(mén)入口壓力P1=800psig，出口壓力P2=200psig，液體的飽和蒸汽壓Pv=1psia。此應(yīng)用案例中選用的閥門(mén)可能是鉆有小孔的2英寸單級(jí)籠式節(jié)流閥，閥門(mén)的壓力恢復(fù)系數(shù)FL=0.94。
根據(jù)圖1中的公式計(jì)算出，臨界壓降為707psig，大于閥門(mén)兩端的壓降600psig。因此，該閥門(mén)不存在阻塞流和空化。
在此應(yīng)用案例中考慮采用西格瑪方法。根據(jù)圖2的公式可以計(jì)算出，使用條件s值是1.35，閥門(mén)s值是1.13。需要確定閥門(mén)s值的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)是通過(guò)在Masoneilan 流量實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)2英寸41005系列閥門(mén)進(jìn)行測(cè)試后得出的。使用條件s值大于閥門(mén)s值；因此，西格瑪方法預(yù)測(cè)，閥門(mén)將不會(huì)受到空化的危害。
另一方面，采用圖3中K=1.6（鉆孔用）的公式，該閥門(mén)內(nèi)的閥內(nèi)件出口液體流速約為236ft/sec——比某些閥門(mén)制造商強(qiáng)制規(guī)定的100ft/sec高得多。
這些例子表明，臨界壓降法和西格瑪方法都證明，單級(jí)閥工作時(shí)將不會(huì)受到空化的危害，盡管閥內(nèi)件出口液體流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于100ft/sec。而且，上述應(yīng)用案例選用的單級(jí)防空化閥比采用多級(jí)閥內(nèi)件的閥門(mén)更經(jīng)濟(jì)?！?nbsp;
嚴(yán)重的空化危害導(dǎo)致閥芯和閥座面很快損壞，也會(huì)對(duì)閥體造成損壞。
文章編號(hào)：050706
發(fā)送短信“文章編號(hào)+評(píng)語(yǔ)代碼”至13816124995，告訴我們您對(duì)此文的意見(jiàn)。
1-很好，有很高的參考價(jià)值 2-一般，有一定的參考價(jià)值
3-不好，沒(méi)有參考價(jià)值
（轉(zhuǎn)載）
