防空化调节阀

前言

 

根据1984年3月美国MASONEILAN公司来华技术交流时所提供的资料和所介绍人的情况，笔者认为该公司所生产的各类调节阀，特别是凸轮挠曲阀和*近生产的各种特殊调节阀，均具有其明显的特点，能够适应多种严峻的工艺条件。尤其是多级降压阀和可变流阴阀，对防止空化现象学的产生有显著的效果。为此，本文着重介绍上述两类调节阀的机理及其选用时应做的计算工作，以供设计人员参考。

 

空化

 

众所周知，当液体通过调节阀时，在调节阀的节流作用下便会产生压力降央流速*小截面处（VENACONTRACTA）流速*大，而静压力*小。当该处压力PVC低于该液体的气化压力PV时，则有部分液体闪蒸成为气泡。流体以过调节阀之后，其压力还会有所恢复。若恢复后的压力P2仍低于该项液体的气化压力PV（即P2

 

当液体在*小截面处的压力等于气化压力（��PVC=PV）时，就意味着进入初始空化状态

 

当液体在*小截面处的压力小于气化压力（即PVC〈PV〉，而恢复后的压力又大于气化压力（即P2）PV）时，则意味着完全进入空化状态

当液体的压务低于该项液体的气化太力时，则有部分液体闪蒸为气泡。当压力恢复后高于液体气化压力时，其必然会使上述之气泡被压破，并爆发出强大的冲击力量，这个强大的冲击力量就是产生空化现象学的爆破力。据观测，这个强大的冲击力在一些局部有时竟然高达10余lbf/in²，从而使阀内件（特别是阀芯）遭到级其严重的破坏。
 

因此，在进行工程设计时，设计人员就应判断液体通过调节阀是否会产生空化现象。尤其是在高压力降的条件下，更要特别注意，以免产生空化现象而损坏调节阀。

 

当调节阀发生空化现象时，阀内的压力降叫做临界压力降△Pc。如果实际压力降△P大于△Pc，且阀出口压力P2又高于该液体的气化压力PV，则必然会产生空化现象。


 

对于**不允许产生空化的那些调节阀而言，则应当用初始空化系数Kc代替式（1）中的Ct²，即△P初始空化=Kc（△PS）。为了简体计算，当PV〈0.5P1时,。故判断产生空化的数学式为：PV〈0.5P1时，△P初始空化= Kc（P1-PV） （4）
 

且△P〈△P初始空化慢 （5）
 

MASONEILAN公司生产的不同类型调节阀的Cf、Kc值见下表。
 

二、78000系列多级降压阀

 

1、机理

 

多级降压阀是将流体通过调节阀所产生的压力降等分在几处（一般为3~6处），而不是象通常的调节阀那样集中在一处，故得名为多级降压阀。其压力分布如图4所示。

在多级降压阀中，流体每通过**均由于弯曲的流路而增加了阻力，从而使速度压头有所损失。这样就使压力恢复值有所减小，亦即提高了Cf值。在使用过程当中，便可使流体经过*后**时的压力降小于该级的临界压力降，从而防止了空化现象产生。

 

在多级降压阀内，当阀处于全开状态时，流体通过阀芯各点的速度几乎都相同。弯曲的流路主要用来增加总的压力损失。因此，当多级降压阀处于全开状态时，连续压力降接近理想条件（如图5所示），即Cf值接近于1。

 

图5 多级降压阀全开状态压力分布图

 

2、计算

 

当五级降压阀每级的临界流量系数Cfs≈0.95时，其总的临界流量系数Cf=0.99。
 

在使用时，应对阀的压力降进行验算，即用实际压力九△P与临界坟力降△Pc进行比较，特别是*后**验算尤为重要。临界压力降的计算公式如下：
 

△PC全阀= （P1-PV） △Pc末级= （△P/n+P2-PV）式中（△P/n+P2）为末级的入口压力。
 

【例】阀前压力P1=2000Psia，阀后压力P2=100 Psia，液体气化压力PV=35Psia，2"的78000系列多级降压阀，阀芯的级数n=5，在50%开度时阀内每一块降压板上的压力恢复系数=0.95,试验谑其是否产生空化现象.
 

解:末级的临界压力降△Pc末级=(△P/n+P2-PV)=0.95²[(2000-100)²/2+100-35]=402Psia
 

而末级的实际压力降△P末级=△P/n=(2000-100)/5=380Psia
 

由于△P末级>△Pc末级,因此将产生空化现象.在工程设计中必须采取其它有效措施,方能使用78000系列2"阀。
 

三、可变流阻阀（VRT阀）
 

79000系列阀为角阀，其产品规格有1"、3/2"、2"、3"、4"、6"。
 

41017系列阀为球阀，其产品规格有8"、10"、12"。
 

机理
 

如上所述，多级降压阀是将流体通过调节阀所产生的压力降等分在几处，在使用时保证各级的压降，特别是*后**的压降低于临界压降，从而防止空化现象学的产生。但是从上面的例子中也可以看出，有时在*后**尚难以避免产生空化。因此，MASOEILAN公司的工程师又设计出一种可变阻阀，即变流阻的多级降压阀。它能使*后通过阀体处的压降很小，这样就保证了末级的压降低于临界压降，从而可以避免产生空化现象。可变流阻阀的结构形式如图6秘示，其阀座由多层孔板层叠而成。各层孔板上的孔数不等，流体开始通过的孔板其孔数较少，以后各层孔板的孔数增加。这样就使开始几层孔板所产生的压降较大，末级的压降*小，易于保证其低于临界压降，人而避免空化现象的产生。
 

在可变流阻阀内，由于流体在各级所产多的压降不同，因而在阀内的压力分布也与多级降压阀有所不同

上面已经谈了可变流阻阀与多级降压阀有所不同。此外还应指出，可变流阻阀与笼式阀也有显著的区别。由于笼式阀本身并不能防止空化现象的产生，因此“选用笼式阀从而避免了产生空化现象”的说法是不尽妥当的。确切地讲，笼式阀是将阀座做成鸟笼子的形式，而且压力降的形成也是一次的，并未分成若干级；笼式阀的压力颁布曲线亦与一般调节阀相同，因此它不可能避免产生空化现象。那么在实践当中选用了笼式阀，并且选用得当时，却很少发现阀内由于空化作用而产生的破坏现象。这个问题又如何解释呢？经分析认为其原因在于，笼式阀的阀体与阀芯之间形成一个空间。当气泡在这个空意内被压破时，其破坏作用不越冬接触阀体内部。因此，虽然亦有空化现象学产生，但它所造成的破坏的程度和效果均大大减轻了。亦即笼式阀并不能避免产生空化现象，只不过是大大地消弱了空化作用造成的破坏作用而已。而可变流阻阀却彻底地解决了避免产生空化现象的问题。
 

可变流阻阀通常应用的场合有：电站锅炉给水和水循环系统；油、气生产中，高压水的注入、循环及调节系统；合成氨高压降的液氨释放系统；为防止空化现象产生的其它任何高压降液体系统。
 

1、 计算
 

可变流阻阀的流通能力CV的计算并无任何特殊之处，关键在于根据CV值选出阀的规格之后，如何证实该阀在实际使用当中不会产生空化现象，为了解决这一问题,MASONEILAN公司将其所生产的可变流阻阀,按其系列规格把CV与Cf的对应曲线均绘制成图(见图8、9、10、)。验算时，只将所需要的Cf值与被选用的那种规格的可变流阻阀之Cf值进行比较，如果所选用的阀之Cf值大于所需要的Cf值，就可以避免产生空化现象。在工程设计当中，**不能忽视Cf忽视值。现通过一个实例，将其验算方法介绍如下。
 

【例】工艺介质为水，其温度T=150℉，比重Gf=0.98,气化压力Pv=3.7 Psia
 

,阀前压力Pf=3015 Psia,阀后压力P2=100Psia,流量Q=2200gal/min,试验算其是否产生空化现象.
 

解
 

在图10中可以找出CV所需=40.3,CT所需=0.984的一点,在此点右方曲线所代表的阀都可以选用,而不会产生空化现象.原因在于当CV所需=40.3时,4"全容量阀的CT所需可达0.9875,而6"低容量阀的Cf所需可达0.988,6"低容量阀的Cf可达0.996,三者均大于0.984,故均能避免产生容貌化现象.
 

(此文经化工部规划局慈巨腾同志审阅,谨表感谢)