控制閥中的液體流量–阻塞流量，氣蝕和閃蒸

2025-02-28 08:37:31肯拓工業技術（深圳）有限公司點擊量：4

控制閥中的液體流量–阻塞流量，氣蝕和閃蒸

阻塞流量

圖1的左上方顯示了基本的液體尺寸方程，它告訴我們通過控制閥的液體流量與壓降的平方根成比例。圖1中綠色部分以圖形方式顯示了這種簡單關系。（請注意，水平軸的比例是壓降的平方根。）這種線性關系并不總是成立。隨著通過降低下游壓力而增加壓降，流量達到不再增加的程度。一旦發生這種情況，跨閥的壓降的額外增加不會導致額外的流量，并且據說流量被阻塞。在這里，我們將調用此限制或窒息的壓力降ΔP _哽咽，以便與IEC和ISA控制閥尺寸方程式標準的版本保持一致。（兩個標準在技術上是相同的。）在發布2011年版的IEC閥門尺寸方程式標準和2012年版的ISA閥門尺寸方程式標準之前，未阻塞流量與非阻塞流量之間的分界線沒有正式名稱。流量flow塞，因此閥門制造商起了自己的名字。圖1列出了一些見的方法。

圖1.控制閥中的液體流量隨閥兩端壓降的變化而變化。

讓我們看一下閥門內部發生了什么情況，從而導致流量阻塞。當水流通過腔靜脈收縮時（水流的橫截面積最小的點），流速達到。能量守恒規定，由于腔收縮處的動能已增加到，因此以靜壓形式的勢能必須減少到最小。這在圖2的左下方以圖形方式說明。請注意，在圖中，ΔP小于ΔP _阻塞，流量未阻塞。

圖2. 沒有阻塞流量的控制閥中的速度和壓力曲線。

在靜止的液體下，將周圍壓力降低至液體的蒸氣壓將導致液體開始汽化。由于任何特定的液體分子組都在很短的時間內位于腔靜脈中，因此實驗表明，在開始汽化之前，腔靜脈收縮處的壓力實際上必須略低于液體的蒸汽壓。在IEC和ISA標準中，液體臨界壓力比 F _F近似等于低于蒸氣壓的壓力，該壓力必須達到腔收縮壓力才能開始汽化并流向節流閥。圖2顯示了用于計算F _F的ISA和IEC方程。因此，ISA / IEC方程計算ΔP的值_哽咽，液體的蒸氣壓乘以F _F或在ΔP _扼流方程“ F _F P _V ”中寫成。應該注意，在教科書和制造商文獻中，液體臨界沒有提及壓力比因子，但作者認為此處稍微增加復雜性是合理的，以便使讀者對控制閥中的液體流動主題有更全面的了解。

如果流量增加到腔靜脈收縮壓降至F _F P _V的程度，在腔靜脈中會形成汽泡。下游壓力的任何其他降低都會導致更多的氣泡形成，但腔靜脈收縮處的壓力不會降低到F _F P _V以下。在這一點上，值得注意的是，流經控制閥的流量取決于P ₁和P _vc之間的壓力差（腔靜脈收縮處的壓力），并且由于腔室收縮壓力不會降低到F _F P _V以下，流量不增加，導致流量阻塞。圖3說明了阻塞過程以及下一段中討論的氣穴現象。注意，在圖中，ΔP大于_被扼流的 ΔP 。流量被阻塞。

空化

隨著氣泡向下游移動，橫截面流動面積打開，速度下降，壓力上升。現在，我們的氣泡的內部壓力等于被較高壓力包圍的蒸氣壓。氣泡自行破裂。氣泡形成和由此產生的阻塞流以及下游氣泡破裂的這種結合稱為“空化”。當氣泡崩潰時，它們會發出爆破聲。結果是像礫石一樣的噪音通過閥門。這種噪音可能足夠大，很煩人，甚至足以損壞長時間暴露于此的人的聽力。同樣，當氣泡破裂時，它們會產生沖擊波，從而可能嚴重損壞閥門。空化損傷的外觀是粗糙的煤渣狀外觀。（請參見圖3右上角的截止閥塞圖片。）這種損壞可能很快發生，有時甚至需要幾個星期或幾個月。由于氣蝕損壞發生得如此之快，因此我們會盡一切努力避免氣蝕。堅硬的材料可以帶來一些改進，但是通常改進的性能不足以證明其成本合理。

圖3.流量和氣穴堵塞的控制閥中的速度和壓力曲線。

閃爍

如果繼續降低下游壓力，則會達到閥下游壓力小于液體蒸氣壓的狀態，此時情況如圖4所示。

圖4.控制閥中的流速和壓力曲線，其中流量阻塞且閃爍。

現在，氣泡不再坍塌，而是變得更大，并且很快從其中帶有氣泡的液體過渡到其中帶有少量液滴的蒸氣。這稱為閃爍。閃爍損壞的外觀與空化損壞不同，并顯示為光滑，有光澤的河流和山谷。（請參見圖4右上角的截止閥塞子。）損壞機理是噴砂效果。在靜脈收縮的下游，氣流由大量蒸氣和許多微小液滴組成。因為當液體蒸發時體積會大大增加，所以下游速度可能達到每秒數百英尺，并且高速液滴會腐蝕掉閥部件。閃爍引起的損壞通常不會像氣蝕那樣迅速發生。使用堅硬或耐腐蝕的材料通常會導致損壞在允許的范圍內。由堅硬的不銹鋼制成的飾件（例如17-4 ph）可以很好地固定，而316ss或鉻鉬合金的性能要比碳鋼好得多。閃爍條件的存在由系統（P₂小于P _v），閥門選擇既不會引起也不會阻止閃爍。由閃光引起的噪聲通常低于85 dBA，據作者所知，沒有計算閃光噪聲的方法。

實際情況

圖1和有關液體阻塞流的討論是經典討論，它暗示著從非阻塞流到阻塞流的突然過渡。在現實中，在壓降接近，但低于ΔP的計算值_哽咽，通常會形成一些汽泡和一定程度的氣蝕現象。圖5顯示了當流量從非阻塞流轉換為阻塞流時實際發生的情況。圖5顯示了當流量從非阻塞流轉換為阻塞流時實際發生的情況。

圖5.非阻塞流與阻塞流之間的實際過渡。

過渡的長度取決于閥中主要節流閥的形狀。許多旋轉閥的橫截面流動面積不規則，在較低的工作壓力下降時會導致大量的窒息和氣蝕現象，這些壓力下降可能始于一個局部區域，并隨著閥兩端壓力下降的增加而逐漸擴散到整個限制區域，從而導致流量增大。cho住了大多數截止閥中的限制是相當對稱的，從而縮短了轉換時間。當前的ISA和IEC控制閥選型方法不包括計算從非阻塞流到阻塞流的過渡開始和結束的位置的方法，僅提供計算圖1和圖5中紅線和綠線的公式。圖5還表明，即使在流量曲線開始偏離直線之前，也可能開始產生噪音和氣蝕損害。當氣穴收縮處主流的平均壓力仍高于F時，便開始了汽蝕的階段。_?F P _V。在流量突然增加的點上，附著在閥門物理邊界上的流線會分離，當流線形成時，它們會形成渦流或渦流。渦流中的旋轉速度可以足夠高，以使渦流內部的局部壓力下降到低于蒸氣壓，并形成蒸氣氣泡。隨著渦流轉速的降低，氣泡周圍的壓力增加，氣泡破裂，從而產生噪音和損壞。_扼流

的ΔP值是兩個過程條件（P ₁，閥門上游壓力和P _v）的函數。，液體的蒸汽壓）和閥的內部幾何形狀（由實驗確定的液體壓力恢復系數F _L表示）。F _L的典型值如圖6所示。請注意，F _L是閥門樣式和閥門開度百分比的函數。F _L的值越高，閥的阻流和氣蝕的可能性就越小，而F _L的值越小，閥的阻流和氣蝕的可能性就越大。

有幾種方法可以增加_被扼流的ΔP值，從而減少產生氣蝕的可能性以及相關的噪音和損壞：（1）P ₁的值通過將控制閥移至更上游的位置或較低高度的位置，可在保持ΔP不變的同時增加ΔP。（2）可以通過在液體溫度較低的位置（例如熱交換器的冷側）安裝閥門來降低蒸氣壓。（3）可以選擇F _L值較高的閥樣式。有趣的是，通常，隨著F _L的增加，閥門的價格也會增加。許多閥門樣式都有特殊的抗氣蝕適應性，其F _L值比圖6所示的大，但仍保留了該樣式的其他理想特征。

圖6. 液體壓力恢復系數* FL的典型值。*

版權與免責聲明： 凡本網注明“來源：智慧城市網”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網絡有限公司-智慧城市網合法擁有版權或有權使用的作品，未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經本網授權使用作品的，應在授權范圍內使用，并注明“來源：智慧城市網www.3121000.com”。違反上述聲明者，本網將追究其相關法律責任。

本網轉載并注明自其它來源（非智慧城市網www.3121000.com）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點或和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網站或個人從本網轉載時，必須保留本網注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。