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化工調(diào)節(jié)閥流量特性
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之前介紹蒸汽截止閥熱損失，現(xiàn)在介紹化工調(diào)節(jié)閥流量特性在生產(chǎn)過程自動(dòng)化中，用來控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及各個(gè)行業(yè)。在化工行業(yè)的過程控制系統(tǒng)中，作為zui終控制過程介質(zhì)各項(xiàng)質(zhì)量及安全生產(chǎn)指標(biāo)的調(diào)節(jié)閥，在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制、維護(hù)及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用。本文重點(diǎn)講解下調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇以及流向選擇方面的知識(shí)，幫助儀表人遠(yuǎn)離選擇陷阱。
化工調(diào)節(jié)閥流量特性調(diào)節(jié)閥是通過改變節(jié)流方式來控制流量的，它既是一種有效的調(diào)節(jié)手段，同時(shí)又是一個(gè)會(huì)產(chǎn)生節(jié)流能耗的部件。隨著裝置高負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)節(jié)閥的腐蝕、沖刷、磨損、振動(dòng)、內(nèi)漏等問題不斷發(fā)生，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥的使用壽命縮短、工作可靠性下降、進(jìn)而引起工藝系統(tǒng)和裝置的生產(chǎn)效率大幅度下降，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致全線停車。這在視質(zhì)量和效益為生命的企業(yè)管理中尤為重要和緊迫。因此，如何選擇和安裝好調(diào)節(jié)閥，使調(diào)節(jié)閥在一個(gè)高性能狀態(tài)下運(yùn)行將是一個(gè)很關(guān)鍵的問題。
流量特性是調(diào)節(jié)閥的一種重要技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)。在調(diào)節(jié)閥應(yīng)用過程中做出正確的選型具有非常重要的意義。調(diào)節(jié)閥被廣泛的應(yīng)用于電站行業(yè)，尤其是在鍋爐系統(tǒng)中更為常見，例如：鍋爐主給水系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、減溫水系統(tǒng)等。并且調(diào)節(jié)閥性能的好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，合理的設(shè)計(jì)及選取調(diào)節(jié)閥對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性有著十分重要的作用。隨著電站行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)調(diào)節(jié)閥的要求也越來越高，調(diào)節(jié)閥往往要在一個(gè)較大的流量范圍內(nèi)高度地調(diào)節(jié)或控制流體的流動(dòng)，并且能根據(jù)閥桿的規(guī)定運(yùn)動(dòng)方式預(yù)計(jì)流量。因此，流量調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)范圍及調(diào)節(jié)特性是設(shè)計(jì)及選取調(diào)節(jié)閥時(shí)所必須考慮的因素。
調(diào)節(jié)閥是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。在自動(dòng)調(diào)節(jié)過程中，許多連續(xù)生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)工作，zui后都要?dú)w結(jié)在通過調(diào)節(jié)閥上的流量調(diào)節(jié)，也就是說，調(diào)節(jié)閥是執(zhí)行調(diào)節(jié)指令zui后完成調(diào)節(jié)任務(wù)的一道總機(jī)關(guān)。因此，調(diào)節(jié)閥工作的好壞，直接關(guān)系著整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作的成敗。今天我們先來了解調(diào)節(jié)閥的流量特性。
調(diào)節(jié)閥的流量特性主要是指閥芯的位移行程變化所引起的被控制流量（被調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)的介質(zhì)流量）變化的關(guān)系。為了說明調(diào)節(jié)閥的流量特性，首先必須弄清楚下列三個(gè)特性的含義：
1、理想（流量）特性：在閥上壓力降不變的條件下（即理想條件下）閥芯行程與流過通道口的控制劑流量的關(guān)系。理想特性是指閥在試驗(yàn)中規(guī)定為1kgf/m²的閥上壓力降用特殊裝置測(cè)得的，其目的是在比較各種不同閥芯結(jié)構(gòu)的閥。調(diào)節(jié)閥的理想特性取決于閥芯形狀，不同的閥芯曲面可得到不同的理想特性，它是調(diào)節(jié)閥本身所固有的一種特性。但是應(yīng)當(dāng)注意，理想特性與該閥自身的結(jié)構(gòu)特性一般是不一樣的，例如直線結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則是快開特性的，拋物線結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則是直線特性的，等百分比結(jié)構(gòu)特性的閥，其理想特性則近似拋物線的。調(diào)節(jié)閥的理想特性，典型的有直線特性、等百分比（對(duì)數(shù)）特性、快開特性和拋物線特性四種。
2、結(jié)構(gòu)特性或面積特性：閥芯行程與其對(duì)應(yīng)的通道口的截面積的關(guān)系。對(duì)已定的閥芯其結(jié)構(gòu)特性只決定于閥芯的幾何形狀及尺寸大小；一定的結(jié)構(gòu)特性，又對(duì)應(yīng)著一定的理想（流量）特性，因此，它是調(diào)節(jié)閥流量特性的基礎(chǔ)。
3、工作（流量）特性：在實(shí)際使用條件下（即閥上壓力降變化的條件下），閥芯行程與流過通道口的控制劑流量的關(guān)系。工作特性不僅和理想特性有關(guān)，而且和實(shí)際使用的外部條件-管道系統(tǒng)的阻力、閥芯位移時(shí)間上壓力降變化諸因素有關(guān)。在這些因素的影響下，就使理想特性產(chǎn)生畸變而成工作特性。因此同一個(gè)調(diào)節(jié)閥在不同的使用條件下，具有不同的工作特性。這是我們?cè)趯?shí)際使用中zui關(guān)心的一個(gè)問題。1 流量調(diào)節(jié)
流量即單位時(shí)間內(nèi)通過閥門的流體質(zhì)量或體積；調(diào)節(jié)的流量即按照某一規(guī)定的規(guī)律隨時(shí)間變化的流量，即使進(jìn)口端有適當(dāng)?shù)膲毫ψ兓部梢砸罅髁吭谟邢薜姆秶鷥?nèi)變化。例如：在鍋爐主給水及旁路系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)鍋爐的給水量，在鍋爐噴水減溫器的噴水管道上調(diào)節(jié)噴水量以達(dá)到調(diào)節(jié)鍋爐介質(zhì)溫度的目的。
固有特性（流量特性）：在經(jīng)過閥門的壓力降恒定時(shí)，隨著截流元件(閥板)從關(guān)閉位置運(yùn)動(dòng)到額定行程的過 程中流量系數(shù)與截流元件(閥板)行程之間的關(guān)系。典型地，這些特性可以繪制在曲線圖上，其水平軸用百分比行程表示，而垂直軸用百分比流量(或Cv 值)表示。由于閥門流量是閥門行程和通過閥門的壓力降的函數(shù)，在恒定的壓力降下進(jìn)行流量特性測(cè)試提供了一種比較閥門特性類型的系統(tǒng)方法。用這種方法測(cè)得的典型的閥門特性有線性、等百分比和快開。
等百分比特性：一種固有流量特性，額定行程的等量增加會(huì)理想地產(chǎn)生流量系數(shù)(Cv)的等百分比的改變(圖2)。
線性特性： 一種固有流量特性，可以用一條直線在流量系數(shù)(Cv 值)相對(duì)于額定行程的長(zhǎng)方形圖上表示出來。因此，行程的等量增加提供流量系數(shù)(Cv)的等量增加。
快開特性：一種固有流量特性：在截流元件很小的行程下可以獲得很大的流量系數(shù)(圖2)。
額定流量下的壓力降：也是表示氣動(dòng)元件的流量特性之一。
氣動(dòng)元件常常在額定流量下工作，故測(cè)定額定流量下氣動(dòng)元件上下游的壓力降，作為該元件的流量特性指標(biāo)。顯然，此指標(biāo)也只反映不可壓縮流態(tài)下的瀏覽特性。
選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)，首先要收集完整的工藝流體的物理特性參數(shù)與調(diào)節(jié)閥的工作條件，主要有流體的成份、溫度、密度、粘度、正常流量、zui大流量、zui小流量、zui大流量與zui小流量下的進(jìn)出口壓力、zui大切斷壓差等。在對(duì)調(diào)節(jié)閥具體選型確定前，還必須充分掌握和確定調(diào)節(jié)閥本身的結(jié)構(gòu)、形式、材料等方面的特點(diǎn)，而技術(shù)方面需要重點(diǎn)考慮流量特性、壓降、閃蒸、氣蝕、噪聲等問題。
調(diào)節(jié)閥選擇陷阱一：流量特性選擇
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移間的關(guān)系。選擇的總體原則是調(diào)節(jié)閥的流量特性應(yīng)與調(diào)節(jié)對(duì)象特性及調(diào)節(jié)器特性相反，這樣可使調(diào)節(jié)系統(tǒng)的綜合特性接近于線性。選擇通常在工藝系統(tǒng)要求下進(jìn)行，但是還要考慮很多實(shí)際情況，現(xiàn)分別加以說明。
1直線性流量調(diào)節(jié)閥直線性流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與相對(duì)位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。選用直線性流量特性閥的場(chǎng)合一般為：①差壓變化小，幾乎恒定；②工藝系統(tǒng)主要參數(shù)的變化呈線性；③系統(tǒng)壓力損失大部分分配在調(diào)節(jié)閥上（改變開度，閥上差壓變化相對(duì)較小）；④外部干擾小，給定值變化小，可調(diào)范圍要求小的場(chǎng)合。
2等百分比特性調(diào)節(jié)閥
等百分比流量特性也稱對(duì)數(shù)流量特性。它是指單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對(duì)流量的增大而增大。優(yōu)先選用等百分比特性閥的場(chǎng)合為：①實(shí)際可調(diào)范圍大；②開度變化，閥上差壓變化相對(duì)較大；③管道系統(tǒng)壓力損失大；④工藝系統(tǒng)負(fù)荷大幅度波動(dòng)；⑤調(diào)節(jié)閥經(jīng)常在小開度下運(yùn)行。
除了以上兩種常用的流量特性之外，還有拋物線特性和快開特性等其他流量特性的調(diào)節(jié)閥。在密封結(jié)構(gòu)上，若流量特性精度要求高，則可選用高精度流量特性的金屬密封型，而軟密封型精度較低。
3調(diào)節(jié)閥壓降的系統(tǒng)考慮調(diào)節(jié)閥作為過程控制系統(tǒng)中的終端部件，是zui常用的一種執(zhí)行器。按過程控制系統(tǒng)的要求，調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有在低能量消耗的狀態(tài)下工作，且能充分與系統(tǒng)匹配的工作特性。但是在調(diào)節(jié)閥的使用中這兩個(gè)要求是不能同時(shí)滿足的，甚至是互相矛盾的。在要得到同樣的流量的情況下，選擇一只較小口徑的調(diào)節(jié)閥，雖然其他阻力不變而總的阻力必然比較大，形成大的系統(tǒng)總壓降。假若物流的推動(dòng)力是由泵產(chǎn)生，就意味著必須選功率大一些的泵和電機(jī)，這樣必然帶來大的能耗。
當(dāng)管道系統(tǒng)中介質(zhì)的流速增加時(shí)，流體通過管道上的各種安裝部件時(shí)產(chǎn)生的流體壓降也會(huì)發(fā)生一系列的動(dòng)態(tài)變化，作為管道流體控制主要部件的調(diào)節(jié)閥所引起的流體壓降是一個(gè)很重要而又容易被忽略的因素，我們?cè)诜治雠c調(diào)節(jié)閥有關(guān)的系統(tǒng)問題時(shí)，不僅要考慮到調(diào)節(jié)閥本身的問題，而且也要考慮到調(diào)節(jié)閥的壓降對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡的影響。
4 調(diào)節(jié)閥的閃蒸和氣蝕
在調(diào)節(jié)閥內(nèi)流動(dòng)的液體常常出現(xiàn)閃蒸和氣蝕兩種現(xiàn)象。它們的發(fā)生不但影響口徑的選擇和計(jì)算，而且將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲、振動(dòng)、材質(zhì)的破壞等。在這種情況下，調(diào)節(jié)閥的工作壽命會(huì)大大縮短，對(duì)此在選型使用中要尤其重視。
正常情況下，作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入、流經(jīng)、流出調(diào)節(jié)閥時(shí)均保持液態(tài)。閃蒸作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入調(diào)節(jié)閥時(shí)是液態(tài)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥中的縮流處時(shí)，流體的壓力低于氣化壓力，液態(tài)介質(zhì)變成氣態(tài)介質(zhì)，并且它的壓力不會(huì)再回復(fù)到氣化壓力之上，流出調(diào)節(jié)閥時(shí)介質(zhì)一直保持氣態(tài)。
閃蒸就象一種噴沙現(xiàn)象，它作用在閥體和管線的下游部分，給調(diào)節(jié)閥和管道的內(nèi)表面造成嚴(yán)重的沖蝕，同時(shí)也降低了調(diào)節(jié)閥的流通能力。氣蝕作為液體狀態(tài)的介質(zhì)，流入調(diào)節(jié)閥時(shí)是液態(tài)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥中的縮流處時(shí)流體的壓力低于氣化壓力，液態(tài)介質(zhì)變成氣態(tài)介質(zhì)，隨后它的壓力又回復(fù)到氣化壓力之上，zui后在流出調(diào)節(jié)閥前介質(zhì)又變成液態(tài)。可以根據(jù)一些現(xiàn)象來初步判斷氣蝕的存在，當(dāng)氣蝕開始時(shí)它會(huì)發(fā)出一種嘶嘶聲，當(dāng)氣蝕發(fā)展到*穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)閥中會(huì)發(fā)出嘎嘎的聲音，就像有碎石在流過調(diào)節(jié)閥時(shí)發(fā)出的聲響。氣蝕對(duì)調(diào)節(jié)閥及內(nèi)件的損害也是很大的，同時(shí)它也降低了調(diào)節(jié)閥的流通效能，就像閃蒸一樣。因此，我們必須采取有效的措施來防止或者zui大限度地減小閃蒸或氣蝕的發(fā)生：
（1）盡量將調(diào)節(jié)閥安裝在系統(tǒng)的zui低位置處，這樣可以相對(duì)提高調(diào)節(jié)閥入口和出口的壓力；
（2）在調(diào)節(jié)閥的上游或下游安裝一個(gè)截止閥或者節(jié)流孔板，以改變調(diào)節(jié)閥原有的安裝壓降特性（這種方法一般對(duì)于小流量情況比較有效）；
（3）選用專門的反氣蝕內(nèi)件也可以有效地防止閃蒸或氣蝕，它可以改變流體在調(diào)節(jié)閥內(nèi)的流速變化，從而增加了內(nèi)部壓力；
（4）盡量選用材質(zhì)較硬的調(diào)節(jié)閥。因?yàn)樵诎l(fā)生氣蝕時(shí)，對(duì)于這樣的調(diào)節(jié)閥，它有一定的抗沖蝕性和耐磨性，可以在一定的條件下讓氣蝕存在，并且不會(huì)損壞調(diào)節(jié)閥的內(nèi)件。相反，對(duì)于軟性材質(zhì)的調(diào)節(jié)閥，由于它的抗沖蝕性和耐磨性較差，當(dāng)發(fā)生氣蝕時(shí)，調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部構(gòu)件很快就會(huì)被磨損，因而無法在有氣蝕的情況下正常工作。
總之，目前還沒有什么工程材料能夠適應(yīng)嚴(yán)重條件下的氣蝕情況，只能針對(duì)客觀情況來綜合分析，選擇一種相對(duì)比較合理的解決辦法。
為了在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)流量，①在設(shè)計(jì)或選型調(diào)節(jié)閥時(shí)，流量系數(shù)應(yīng)該留有一定的裕量，以便在流量發(fā)生波動(dòng)或比預(yù)期的流量大時(shí)，流量仍有可調(diào)性。一般具有直線調(diào)節(jié)特性的閥門推薦取計(jì)算流量系數(shù)的1.15～1.66倍，具有等百分比調(diào)節(jié)特性的閥門推薦取計(jì)算流量系數(shù)的1.22～2倍。②考慮調(diào)節(jié)閥必需的或規(guī)定的壓降值，系統(tǒng)壓降的分配需要根據(jù)具體情況而定。③選定閥門閥瓣的調(diào)節(jié)特性以滿足工況的需要。zui后應(yīng)該考慮流量范圍，閥門必須在整個(gè)流量范圍內(nèi)保持有效調(diào)節(jié)。
2 調(diào)節(jié)范圍
調(diào)節(jié)范圍是用來描述閥門在整個(gè)流量范圍保持必要調(diào)節(jié)的能力的一個(gè)參數(shù)，調(diào)節(jié)范圍的大小也可用可調(diào)比來表示，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比就是調(diào)節(jié)閥所能控制的流量與zui小流量之比。若以R來表示，則R=Qmax/Qmin，zui小流量Qmin是指可調(diào)流量的下限值，它與泄漏量是不同的。
閥門的可調(diào)比取決于閥門類別、閥門增益和閥門調(diào)節(jié)元件的特性。例如：?jiǎn)巫y、雙座閥、蝶閥、或球閥，zui小可調(diào)流量系數(shù)被認(rèn)為是，在此系數(shù)下，閥門的增益顯著地大于由閥瓣特性決定的值。因此，調(diào)節(jié)范圍取決于閥門的增益（增益即為流量的變化除以閥瓣升程的變化）。一般認(rèn)為具有良好調(diào)節(jié)作用的閥門可調(diào)比應(yīng)該大于50，但由于閥瓣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工方面的限制，zui小可調(diào)流量Qmin不能太小，因此，理想可調(diào)比一般均小于50。目前我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)是時(shí)取R=30。
選擇合適的調(diào)節(jié)閥，以便產(chǎn)生需要的調(diào)節(jié)范圍。首先，計(jì)算出工況所需要的調(diào)節(jié)范圍。其次，選取需要的閥門，查看閥瓣升程90%的流量系數(shù)與閥瓣升程10%的流量系數(shù)之比，是否等于或大于需要的調(diào)節(jié)范圍，如果小于所需要的調(diào)節(jié)范圍可重新選擇另外的閥門，需要的話也可選擇兩臺(tái)閥門并聯(lián)。
但是，在多數(shù)生產(chǎn)過程中，調(diào)節(jié)閥不是與管路串聯(lián)就是與旁路閥并聯(lián)，隨管路系統(tǒng)的阻力變化或旁路閥開啟程度的不同，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，這時(shí)的可調(diào)比就成為實(shí)際可調(diào)比R’。
圖1 調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)
圖2 調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)
當(dāng)調(diào)節(jié)閥與管道串聯(lián)時(shí)如圖1，由于流量的增加，管道的阻力損失也增加。若系統(tǒng)的總壓差△PS不變，則分配到調(diào)節(jié)閥的壓差△P就相應(yīng)的減小，這就使調(diào)節(jié)閥所能通過的流量減小，這時(shí)實(shí)際可調(diào)比，s=△P/△Ps。由此式可以看出，串聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比會(huì)降低。當(dāng)調(diào)節(jié)閥與管道并聯(lián)時(shí)如圖2，實(shí)際可調(diào)比R’=Qmax/Q2，可以看出并聯(lián)實(shí)際可調(diào)比與調(diào)節(jié)閥固有的可調(diào)比無關(guān)，調(diào)節(jié)閥的zui小流量一般比旁路流量小得多，故其可調(diào)比實(shí)際是總管流量與旁路流量的比值。由此得出，串聯(lián)或并聯(lián)管道都使實(shí)際可調(diào)比下降，所以在選擇調(diào)節(jié)閥和組成系統(tǒng)時(shí)不應(yīng)使S值太小，并且盡量避免打開并聯(lián)管路的旁路閥，以保證調(diào)節(jié)閥有足夠的可調(diào)比。
3 流量特性
調(diào)節(jié)閥的流量特性是指介質(zhì)流過閥門的流量與閥瓣升程值之間的關(guān)系。通常用流量與閥桿位置或升程的關(guān)系曲線表示。在實(shí)際工況中，由于多種因素的影響，通過閥門的流量可能隨壓降而變化。為了便于分析，我們先假定閥門的壓降不變，前者稱為閥門固有流量特性，后者稱為閥門工作流量特性。
3.1 固有流量特性
我們經(jīng)常用到的固有流量特性主要有直線、等百分比（對(duì)數(shù)）、拋物線及快開特性。圖3為這4種流量特性的關(guān)系曲線圖，圖4為不同流量特性的閥瓣形狀。
圖3 理想的固有流量特性
圖4 不同流量特性的閥瓣形狀
直線流量特性是指調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流量與閥桿相對(duì)位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。具有此特性的閥門在開度小時(shí)流量相對(duì)變化大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生振蕩；而在開度大時(shí)，流量相對(duì)變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時(shí)。
等百分比流量特性也稱為對(duì)數(shù)流量特性，它是指閥桿單位相對(duì)位移變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量成正比關(guān)系。在小開度時(shí)，調(diào)節(jié)平穩(wěn)緩和；在大開度時(shí)，調(diào)節(jié)靈敏有效，從圖3可看出，等百分比特性在直線特性下方，因此，在同一位移時(shí)，直線閥通過的流量要比等百分比大。
拋物線流量特性是指閥桿單位位移的變化所引起的相對(duì)流量變化與此點(diǎn)的相對(duì)流量值的平方根成正比關(guān)系，它介于直線特性與等百分比特性之間，相對(duì)來說此特性應(yīng)用較少。
快開特性在開度較小時(shí)就有較大的流量，隨開度的增大，流量很快達(dá)到；此后再增加開度，流量變化很小。它的閥瓣形式是平板型的，如圖4所示，它的有效位移一般為閥座直徑的1/4，當(dāng)位移在增大時(shí)，閥的流通面積不變，失去調(diào)節(jié)作用。
為特定功用選擇閥門的一個(gè)主要問題是挑選適合于工況的特性。理論上，每一種情況都應(yīng)做透徹的分析，并相應(yīng)地挑選閥門調(diào)節(jié)元件。但是這樣既費(fèi)時(shí)、代價(jià)又高。對(duì)于無需精密調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按表1選擇。
表1 閥門特性的典型用途
3.2 工作流量特性
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，閥門的壓差總是變化的，這時(shí)流量特性稱為工作流量特性，為了描述這一特性我們引進(jìn)了壓降比k（壓降比被定義為通過閥門的壓降除以總的系統(tǒng)動(dòng)壓降）。工作流量特性就是在恒定壓降比下，流量與閥桿升程之間的關(guān)系。圖5和圖6為直線特性和等百分比特性的工作流量特性，從圖可以看出當(dāng)K值越小時(shí)，工作流量特性與固有流量特性偏差越大，因此在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)把系統(tǒng)壓降盡可能大的部分分配給調(diào)節(jié)閥。
圖5 具有線性固有流量特性的工作流量特性
圖6 具有等百分比流量特性的工作流量特性
5 調(diào)節(jié)閥的噪聲分析
氣蝕和噪聲是調(diào)節(jié)閥在控制高壓差流體中的兩大公害。調(diào)節(jié)閥上的噪聲更是石油化工生產(chǎn)中的主要污染源。在使用中除需選用低噪聲結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥外，改變閥的操作條件更是消除或降低氣蝕和噪聲的根本方法。調(diào)節(jié)閥在工作時(shí)，應(yīng)注意它的噪聲情況，分析好噪聲的產(chǎn)生機(jī)理可以更好地監(jiān)視調(diào)節(jié)閥的工作狀態(tài)和有效處理所發(fā)生的問題，下面通過舉例說明。
（1）機(jī)械類振動(dòng)——如當(dāng)閥芯在套筒內(nèi)水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以使閥芯與套筒的間隙盡量小或者使用硬質(zhì)表面的套筒。
（2）固有頻率振動(dòng)——如閥芯或者其它的組件，它們都有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，對(duì)此，可以通過專門的鑄造或鍛造處理來改變閥芯的特性，如有必要也可以更換其他類型的閥芯。
（3）閥芯不穩(wěn)定性——如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲，這種情況一般是由于調(diào)節(jié)回路執(zhí)行器等的阻尼因素引起的，對(duì)此可以重新調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)或者在閥芯位移方向上加上減振設(shè)施。
（4）介質(zhì)的力學(xué)流動(dòng)性——介質(zhì)在管道或者調(diào)節(jié)閥中流動(dòng)時(shí)，也會(huì)發(fā)出噪聲，對(duì)于這種情況，這里不作具體闡述（氣蝕也會(huì)產(chǎn)生噪聲）。
調(diào)節(jié)閥選擇陷阱二：流向選擇
調(diào)節(jié)閥的流向，就是調(diào)節(jié)閥閥體上所標(biāo)識(shí)的箭頭方向，通常安裝調(diào)節(jié)閥時(shí)，要使閥體上的箭頭方向與被調(diào)介質(zhì)的流動(dòng)方向一致。
但由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的差異，對(duì)調(diào)節(jié)閥的使用要求也是各不相同，實(shí)踐證明調(diào)節(jié)閥的流向會(huì)影響閥的工作特性，并直接影響到控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行與否。
調(diào)節(jié)閥按其介質(zhì)的流動(dòng)方向不同分為“流開型”與“流閉型”兩種。流向不同時(shí)調(diào)節(jié)閥閥芯的受力也是不同的，如閥前壓力作用在閥芯上，有把閥芯頂開的趨勢(shì)，成為“流開型”；反之，有把閥芯壓向閥座，使閥產(chǎn)生關(guān)閉的趨勢(shì)，成為“流閉型”。從介質(zhì)對(duì)閥芯的繞流方向開看，“流開型”介質(zhì)是從閥芯的小頭往大端流動(dòng)，“流閉型”介質(zhì)是從閥芯大端往小頭流動(dòng)，調(diào)節(jié)閥流向?qū)κ褂眯阅艿挠绊憽?/p>
小口徑高壓閥，如果把流開型改為流閉型后，其使用壽命可大大延長(zhǎng)，這是因?yàn)榱鏖_型介質(zhì)向著開方向流，汽蝕、沖蝕主要作用在密封面上，而使閥芯根部和閥芯閥座的密封面很快遭受破壞；而流閉型介質(zhì)向著閉方向流，汽蝕、沖蝕作用在節(jié)流之后、閥座密封面以下，保護(hù)了密封面和閥芯根部，從而延長(zhǎng)了調(diào)節(jié)閥的使用壽命。
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥有時(shí)由于產(chǎn)量增加，或計(jì)算、選擇失誤使調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)偏小時(shí)，閥全開還滿足不了生產(chǎn)時(shí)，可用改變流量的方法，即改流開型為流閉型來使用，這樣可使調(diào)節(jié)閥多通過10%~15%的流量。
流開型和流閉型兩種流向各有利弊，所以正確選擇調(diào)節(jié)閥的流向是很有必要的。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)工況實(shí)際進(jìn)行選擇。如很多設(shè)備要求調(diào)節(jié)閥能*關(guān)斷工作介質(zhì)，這時(shí)閥的關(guān)閉性就成主要的要求，則應(yīng)選擇“流閉型”的。若所選閥門是單座閥時(shí)，則流向正好與閥體所標(biāo)箭頭相反。角型高壓閥，汽蝕嚴(yán)重、壽命短，也應(yīng)選擇“流閉型”的，并且可提高閥門使用壽命。對(duì)閥桿密封要求嚴(yán)的場(chǎng)合，為防止泄露，應(yīng)選擇“流開型”的。對(duì)于懸浮液、高黏度、含固體顆粒的介質(zhì)，為防止泄露、堵塞，應(yīng)選用“流閉型”的。
同一種閥型其流向不一定都是相同的，如小口徑的高壓閥，其工作壓差較高，汽蝕嚴(yán)重，壽命短，則應(yīng)選擇“流閉型”的，但對(duì)于口徑較大的高壓閥，其工作壓力大但壓差并不太大時(shí)，還是應(yīng)選擇“流開型”的較妥，因?yàn)?ldquo;流開型”穩(wěn)定性好，可以不使用防止閥振蕩的措施。
由于“流閉型”的流通能力比“流開型”大10%~15%，當(dāng)“流開型”方向安裝的調(diào)節(jié)閥全開流量還達(dá)不到工藝要求時(shí)，可改成“流閉型”暫時(shí)解決困難。
由于“流閉型”穩(wěn)定性差，選用“流閉型”后，穩(wěn)定性成為主要問題，由于閥門工作再小開度時(shí)易振蕩，所以應(yīng)盡量使閥門的zui小開度在30%~40%。要選用彈簧剛度大的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，必要時(shí)應(yīng)與閥門定位器配套使用 。閥門流向的改變，都會(huì)使流通能力和流量特性發(fā)生變化，這必然會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因此在改變閥門流向時(shí)，對(duì)上述問題也應(yīng)作適當(dāng)?shù)目紤]。
調(diào)節(jié)閥選擇陷阱三：正裝、反裝
閥門的正裝和反裝，是針對(duì)直通雙座調(diào)節(jié)閥和直通單座調(diào)節(jié)閥的閥芯安裝位置而言的，直通雙座調(diào)節(jié)閥，由于其有兩個(gè)閥芯和閥座，采用雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，因此可以很方便的把正裝的閥芯改成反裝，只需把閥芯倒裝，閥桿與閥芯的下端鏈接，上、下閥座互換位置之后就可改變安裝方式了。對(duì)于口徑大于25mm的直通單座調(diào)節(jié)閥，其閥芯也是雙導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，只要改變閥桿于閥芯的連接位置就可以實(shí)現(xiàn)正裝或反裝。
直通雙座調(diào)節(jié)閥正裝時(shí)，閥芯向下移，閥芯與閥座間的流通面積減少；反裝時(shí)，閥芯向下位移，閥芯與閥座間的流通面積增大。正裝和反裝時(shí)，閥芯位移L與流通面積F的關(guān)系可以表示為：
從以上可以得知，改變調(diào)節(jié)閥的流向與調(diào)節(jié)閥的正裝、反裝不是一回事，其作用和用途也是不相同的。
調(diào)節(jié)閥流向是對(duì)介質(zhì)的流動(dòng)方向而言的，也就是說，當(dāng)介質(zhì)的流動(dòng)方向向著閥的打開方向流動(dòng)，即與閥開方向相同時(shí)，為“流開型”；如向著閥的關(guān)閉方向流動(dòng)，即與閥關(guān)閉方向相同時(shí)，為“流閉型”。改變調(diào)節(jié)閥的方向，會(huì)影響調(diào)節(jié)閥的性能。所以改變調(diào)節(jié)閥的流向是為了滿足生產(chǎn)中的一些使用要求。與常規(guī)閥門相比，調(diào)節(jié)閥的選型及設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。要使調(diào)節(jié)閥能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的目的，在設(shè)計(jì)及選型時(shí)不僅要考慮上述三方面的因素，工況對(duì)泄露量等級(jí)的要求、介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕及汽蝕和閃蒸現(xiàn)象對(duì)材料的破壞等都是不可忽視的。
而調(diào)節(jié)閥的正裝、反裝是改變閥芯的安裝位置，來改變調(diào)節(jié)閥的流通能力，即正裝時(shí)閥的流通面積減少，而反裝時(shí)閥的流通面積增大。所以調(diào)節(jié)閥就有正裝和反裝兩種產(chǎn)品。在其與氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)配合使用時(shí)，就涉及組合問題。即氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)正、反作用和調(diào)節(jié)閥正裝、反裝的組合，決定了氣動(dòng)執(zhí)行器是氣關(guān)還是氣開式的。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有：美標(biāo)316不銹鋼法蘭截止閥
