前言

 

根據(jù)1984年3月美國MASONEILAN公司來華技術(shù)交流時(shí)所提供的資料和所介紹人的情況，筆者認(rèn)為該公司所生產(chǎn)的各類調(diào)節(jié)閥，特別是凸輪撓曲閥和*近生產(chǎn)的各種特殊調(diào)節(jié)閥，均具有其明顯的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)多種嚴(yán)峻的工藝條件。尤其是多級(jí)降壓閥和可變流陰閥，對(duì)防止空化現(xiàn)象學(xué)的產(chǎn)生有顯著的效果。為此，本文著重介紹上述兩類調(diào)節(jié)閥的機(jī)理及其選用時(shí)應(yīng)做的計(jì)算工作，以供設(shè)計(jì)人員參考。

 

空化

 

眾所周知，當(dāng)液體通過調(diào)節(jié)閥時(shí)，在調(diào)節(jié)閥的節(jié)流作用下便會(huì)產(chǎn)生壓力降央流速*小截面處（VENACONTRACTA）流速*大，而靜壓力*小。當(dāng)該處壓力PVC低于該液體的氣化壓力PV時(shí)，則有部分液體閃蒸成為氣泡。流體以過調(diào)節(jié)閥之后，其壓力還會(huì)有所恢復(fù)。若恢復(fù)后的壓力P2仍低于該項(xiàng)液體的氣化壓力PV（即P2

 

當(dāng)液體在*小截面處的壓力等于氣化壓力（??PVC=PV）時(shí)，就意味著進(jìn)入初始空化狀態(tài)

 

當(dāng)液體在*小截面處的壓力小于氣化壓力（即PVC〈PV〉，而恢復(fù)后的壓力又大于氣化壓力（即P2）PV）時(shí)，則意味著完全進(jìn)入空化狀態(tài)

當(dāng)液體的壓務(wù)低于該項(xiàng)液體的氣化太力時(shí)，則有部分液體閃蒸為氣泡。當(dāng)壓力恢復(fù)后高于液體氣化壓力時(shí)，其必然會(huì)使上述之氣泡被壓破，并爆發(fā)出強(qiáng)大的沖擊力量，這個(gè)強(qiáng)大的沖擊力量就是產(chǎn)生空化現(xiàn)象學(xué)的爆破力。據(jù)觀測(cè)，這個(gè)強(qiáng)大的沖擊力在一些局部有時(shí)竟然高達(dá)10余l(xiāng)bf/in2，從而使閥內(nèi)件（特別是閥芯）遭到級(jí)其嚴(yán)重的破壞。
 

因此，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員就應(yīng)判斷液體通過調(diào)節(jié)閥是否會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象。尤其是在高壓力降的條件下，更要特別注意，以免產(chǎn)生空化現(xiàn)象而損壞調(diào)節(jié)閥。

 

當(dāng)調(diào)節(jié)閥發(fā)生空化現(xiàn)象時(shí)，閥內(nèi)的壓力降叫做臨界壓力降△Pc。如果實(shí)際壓力降△P大于△Pc，且閥出口壓力P2又高于該液體的氣化壓力PV，則必然會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象。


 

對(duì)于**不允許產(chǎn)生空化的那些調(diào)節(jié)閥而言，則應(yīng)當(dāng)用初始空化系數(shù)Kc代替式（1）中的Ct2，即△P初始空化=Kc（△PS）。為了簡體計(jì)算，當(dāng)PV〈0.5P1時(shí),。故判斷產(chǎn)生空化的數(shù)學(xué)式為：PV〈0.5P1時(shí)，△P初始空化= Kc（P1-PV） （4）
 

且△P〈△P初始空化慢 （5）
 

MASONEILAN公司生產(chǎn)的不同類型調(diào)節(jié)閥的Cf、Kc值見下表。
 

二、78000系列多級(jí)降壓閥

 

1、機(jī)理

 

多級(jí)降壓閥是將流體通過調(diào)節(jié)閥所產(chǎn)生的壓力降等分在幾處（一般為3~6處），而不是象通常的調(diào)節(jié)閥那樣集中在一處，故得名為多級(jí)降壓閥。其壓力分布如圖4所示。

在多級(jí)降壓閥中，流體每通過**均由于彎曲的流路而增加了阻力，從而使速度壓頭有所損失。這樣就使壓力恢復(fù)值有所減小，亦即提高了Cf值。在使用過程當(dāng)中，便可使流體經(jīng)過*后**時(shí)的壓力降小于該級(jí)的臨界壓力降，從而防止了空化現(xiàn)象產(chǎn)生。

 

在多級(jí)降壓閥內(nèi)，當(dāng)閥處于全開狀態(tài)時(shí)，流體通過閥芯各點(diǎn)的速度幾乎都相同。彎曲的流路主要用來增加總的壓力損失。因此，當(dāng)多級(jí)降壓閥處于全開狀態(tài)時(shí)，連續(xù)壓力降接近理想條件（如圖5所示），即Cf值接近于1。

 

圖5 多級(jí)降壓閥全開狀態(tài)壓力分布圖

 

2、計(jì)算

 

當(dāng)五級(jí)降壓閥每級(jí)的臨界流量系數(shù)Cfs≈0.95時(shí)，其總的臨界流量系數(shù)Cf=0.99。
 

在使用時(shí)，應(yīng)對(duì)閥的壓力降進(jìn)行驗(yàn)算，即用實(shí)際壓力九△P與臨界墳力降△Pc進(jìn)行比較，特別是*后**驗(yàn)算尤為重要。臨界壓力降的計(jì)算公式如下：
 

△PC全閥= （P1-PV） △Pc末級(jí)= （△P/n+P2-PV）式中（△P/n+P2）為末級(jí)的入口壓力。
 

【例】閥前壓力P1=2000Psia，閥后壓力P2=100 Psia，液體氣化壓力PV=35Psia，2"的78000系列多級(jí)降壓閥，閥芯的級(jí)數(shù)n=5，在50%開度時(shí)閥內(nèi)每一塊降壓板上的壓力恢復(fù)系數(shù)=0.95,試驗(yàn)謔其是否產(chǎn)生空化現(xiàn)象.
 

解:末級(jí)的臨界壓力降△Pc末級(jí)=(△P/n+P2-PV)=0.952[(2000-100)2/2+100-35]=402Psia
 

而末級(jí)的實(shí)際壓力降△P末級(jí)=△P/n=(2000-100)/5=380Psia
 

由于△P末級(jí)>△Pc末級(jí),因此將產(chǎn)生空化現(xiàn)象.在工程設(shè)計(jì)中必須采取其它有效措施,方能使用78000系列2"閥。
 

三、可變流阻閥（VRT閥）
 

79000系列閥為角閥，其產(chǎn)品規(guī)格有1"、3/2"、2"、3"、4"、6"。
 

41017系列閥為球閥，其產(chǎn)品規(guī)格有8"、10"、12"。
 

機(jī)理
 

如上所述，多級(jí)降壓閥是將流體通過調(diào)節(jié)閥所產(chǎn)生的壓力降等分在幾處，在使用時(shí)保證各級(jí)的壓降，特別是*后**的壓降低于臨界壓降，從而防止空化現(xiàn)象學(xué)的產(chǎn)生。但是從上面的例子中也可以看出，有時(shí)在*后**尚難以避免產(chǎn)生空化。因此，MASOEILAN公司的工程師又設(shè)計(jì)出一種可變阻閥，即變流阻的多級(jí)降壓閥。它能使*后通過閥體處的壓降很小，這樣就保證了末級(jí)的壓降低于臨界壓降，從而可以避免產(chǎn)生空化現(xiàn)象?？勺兞髯栝y的結(jié)構(gòu)形式如圖6秘示，其閥座由多層孔板層疊而成。各層孔板上的孔數(shù)不等，流體開始通過的孔板其孔數(shù)較少，以后各層孔板的孔數(shù)增加。這樣就使開始幾層孔板所產(chǎn)生的壓降較大，末級(jí)的壓降*小，易于保證其低于臨界壓降，人而避免空化現(xiàn)象的產(chǎn)生。
 

在可變流阻閥內(nèi)，由于流體在各級(jí)所產(chǎn)多的壓降不同，因而在閥內(nèi)的壓力分布也與多級(jí)降壓閥有所不同

上面已經(jīng)談了可變流阻閥與多級(jí)降壓閥有所不同。此外還應(yīng)指出，可變流阻閥與籠式閥也有顯著的區(qū)別。由于籠式閥本身并不能防止空化現(xiàn)象的產(chǎn)生，因此“選用籠式閥從而避免了產(chǎn)生空化現(xiàn)象”的說法是不盡妥當(dāng)?shù)?。確切地講，籠式閥是將閥座做成鳥籠子的形式，而且壓力降的形成也是一次的，并未分成若干級(jí)；籠式閥的壓力頒布曲線亦與一般調(diào)節(jié)閥相同，因此它不可能避免產(chǎn)生空化現(xiàn)象。那么在實(shí)踐當(dāng)中選用了籠式閥，并且選用得當(dāng)時(shí)，卻很少發(fā)現(xiàn)閥內(nèi)由于空化作用而產(chǎn)生的破壞現(xiàn)象。這個(gè)問題又如何解釋呢？經(jīng)分析認(rèn)為其原因在于，籠式閥的閥體與閥芯之間形成一個(gè)空間。當(dāng)氣泡在這個(gè)空意內(nèi)被壓破時(shí)，其破壞作用不越冬接觸閥體內(nèi)部。因此，雖然亦有空化現(xiàn)象學(xué)產(chǎn)生，但它所造成的破壞的程度和效果均大大減輕了。亦即籠式閥并不能避免產(chǎn)生空化現(xiàn)象，只不過是大大地消弱了空化作用造成的破壞作用而已。而可變流阻閥卻徹底地解決了避免產(chǎn)生空化現(xiàn)象的問題。
 

可變流阻閥通常應(yīng)用的場(chǎng)合有：電站鍋爐給水和水循環(huán)系統(tǒng)；油、氣生產(chǎn)中，高壓水的注入、循環(huán)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)；合成氨高壓降的液氨釋放系統(tǒng)；為防止空化現(xiàn)象產(chǎn)生的其它任何高壓降液體系統(tǒng)。
 

1、 計(jì)算
 

可變流阻閥的流通能力CV的計(jì)算并無任何特殊之處，關(guān)鍵在于根據(jù)CV值選出閥的規(guī)格之后，如何證實(shí)該閥在實(shí)際使用當(dāng)中不會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象，為了解決這一問題,MASONEILAN公司將其所生產(chǎn)的可變流阻閥,按其系列規(guī)格把CV與Cf的對(duì)應(yīng)曲線均繪制成圖(見圖8、9、10、)。驗(yàn)算時(shí)，只將所需要的Cf值與被選用的那種規(guī)格的可變流阻閥之Cf值進(jìn)行比較，如果所選用的閥之Cf值大于所需要的Cf值，就可以避免產(chǎn)生空化現(xiàn)象。在工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，**不能忽視Cf忽視值?，F(xiàn)通過一個(gè)實(shí)例，將其驗(yàn)算方法介紹如下。
 

【例】工藝介質(zhì)為水，其溫度T=150℉，比重Gf=0.98,氣化壓力Pv=3.7 Psia
 

,閥前壓力Pf=3015 Psia,閥后壓力P2=100Psia,流量Q=2200gal/min,試驗(yàn)算其是否產(chǎn)生空化現(xiàn)象.
 

解
 

在圖10中可以找出CV所需=40.3,CT所需=0.984的一點(diǎn),在此點(diǎn)右方曲線所代表的閥都可以選用,而不會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象.原因在于當(dāng)CV所需=40.3時(shí),4"全容量閥的CT所需可達(dá)0.9875,而6"低容量閥的Cf所需可達(dá)0.988,6"低容量閥的Cf可達(dá)0.996,三者均大于0.984,故均能避免產(chǎn)生容貌化現(xiàn)象.
 

(此文經(jīng)化工部規(guī)劃局慈巨騰同志審閱,謹(jǐn)表感謝)