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(guò)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(jiǎn)單關(guān)系。（請(qǐng)注意，水平軸的比例是壓降的平方根。）這種線性關(guān)系并不總是成立。隨著通過(guò)降低下游壓力而增加壓降，流量達(dá)到不再增加的程度。一旦發(fā)生這種情況，跨閥的壓降的額外增加不會(huì)導(dǎo)致額外的流量，并且據(jù)說(shuō)流量被阻塞。在這里，我們將調(diào)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(biāo)準(zhǔn)的最新版本保持一致。（兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上是相同的。）在發(fā)布2011年版的IEC閥門(mén)尺寸方程式標(biāo)準(zhǔn)和2012年版的ISA閥門(mén)尺寸方程式標(biāo)準(zhǔn)之前，未阻塞流量與非阻塞流量之間的分界線沒(méi)有正式名稱。流量flow塞，因此閥門(mén)制造商起了自己的名字。圖1列出了一些最常見(jiàn)的方法。
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(huì)形成汽泡。下游壓力的任何其他降低都會(huì)導(dǎo)致更多的氣泡形成，但腔靜脈收縮處的壓力不會(huì)降低到F F P V以下。在這一點(diǎn)上，值得注意的是，流經(jīng)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(huì)降低到F F P V以下，流量不增加，導(dǎo)致流量阻塞。圖3說(shuō)明了阻塞過(guò)程以及下一段中討論的氣穴現(xiàn)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(dòng)，橫截面流動(dòng)面積打開(kāi)，速度下降，壓力上升。現(xiàn)在，我們的氣泡的內(nèi)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(chǎn)生的阻塞流以及下游氣泡破裂的這種結(jié)合稱為“空化”。當(dāng)氣泡崩潰時(shí)，它們會(huì)發(fā)出爆破聲。結(jié)果是像礫石一樣的噪音通過(guò)閥門(mén)。這種噪音可能足夠大，很煩人，甚至足以損壞長(zhǎng)時(shí)間暴露于此的人的聽(tīng)力。同樣，當(dāng)氣泡破裂時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生沖擊波，從而可能?chē)?yán)重?fù)p壞閥門(mén)。空化損傷的外觀是粗糙的煤渣狀外觀。（請(qǐng)參見(jiàn)圖3右上角的截止閥塞圖片。）這種損壞可能很快發(fā)生，有時(shí)甚至需要幾個(gè)星期或幾個(gè)月。由于氣蝕損壞發(fā)生得如此之快，因此我們會(huì)盡一切努力避免氣蝕。堅(jiān)硬的材料可以帶來(lái)一些改進(jìn)，但是通常改進(jìn)的性能不足以證明其成本合理。
閃爍
如果繼續(xù)降低下游壓力，則會(huì)達(dá)到閥下游壓力小于液體蒸氣壓的狀態(tài)，此時(shí)情況如圖4所示。
實(shí)際情況
圖1和有關(guān)液體阻塞流的討論是經(jīng)典討論，它暗示著從非阻塞流到完全阻塞流的突然過(guò)渡。在現(xiàn)實(shí)中，在壓降接近，但低于ΔP的計(jì)算值哽咽，通常會(huì)形成一些汽泡和一定程度的氣蝕現(xiàn)象。圖5顯示了當(dāng)流量從非阻塞流轉(zhuǎn)換為完全阻塞流時(shí)實(shí)際發(fā)生的情況。圖5顯示了當(dāng)流量從非阻塞流轉(zhuǎn)換為完全阻塞流時(shí)實(shí)際發(fā)生的情況。
的ΔP值是兩個(gè)過(guò)程條件（P 1，閥門(mén)上游壓力和P v）的函數(shù)。，液體的蒸汽壓）和閥的內(nèi)部幾何形狀（由實(shí)驗(yàn)確定的液體壓力恢復(fù)系數(shù)F L表示）。F L的典型值如圖6所示。請(qǐng)注意，F(xiàn) L是閥門(mén)樣式和閥門(mén)開(kāi)度百分比的函數(shù)。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(chǎn)生氣蝕的可能性以及相關(guān)的噪音和損壞：（1）P 1的值通過(guò)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(shí)增加ΔP。（2）可以通過(guò)在液體溫度較低的位置（例如熱交換器的冷側(cè)）安裝閥門(mén)來(lái)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(mén)的價(jià)格也會(huì)增加。許多閥門(mén)樣式都有特殊的抗氣蝕適應(yīng)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1的左上方顯示了基本的液體尺寸方程，它告訴我們通過(guò)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(jiǎn)單關(guān)系。（請(qǐng)注意，水平軸的比例是壓降的平方根。）這種線性關(guān)系并不總是成立。隨著通過(guò)降低下游壓力而增加壓降，流量達(dá)到不再增加的程度。一旦發(fā)生這種情況，跨閥的壓降的額外增加不會(huì)導(dǎo)致額外的流量，并且據(jù)說(shuō)流量被阻塞。在這里，我們將調(diào)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(biāo)準(zhǔn)的最新版本保持一致。（兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上是相同的。）在發(fā)布2011年版的IEC閥門(mén)尺寸方程式標(biāo)準(zhǔn)和2012年版的ISA閥門(mén)尺寸方程式標(biāo)準(zhǔn)之前，未阻塞流量與非阻塞流量之間的分界線沒(méi)有正式名稱。流量flow塞，因此閥門(mén)制造商起了自己的名字。圖1列出了一些最常見(jiàn)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(mén)內(nèi)部發(fā)生了什么情況，從而導(dǎo)致流量阻塞。當(dāng)水流通過(guò)腔靜脈收縮時(shí)（水流的橫截面積最小的點(diǎn)），流速達(dá)到最大。能量守恒規(guī)定，由于腔收縮處的動(dòng)能已增加到最大，因此以靜壓形式的勢(shì)能必須減少到最小。這在圖2的左下方以圖形方式說(shuō)明。請(qǐng)注意，在圖中，ΔP小于ΔP 阻塞，流量未阻塞。圖2. 沒(méi)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?chē)鷫毫档椭烈后w的蒸氣壓將導(dǎo)致液體開(kāi)始汽化。由于任何特定的液體分子組都在很短的時(shí)間內(nèi)位于腔靜脈中，因此實(shí)驗(yàn)表明，在開(kāi)始汽化之前，腔靜脈收縮處的壓力實(shí)際上必須略低于液體的蒸汽壓。在IEC和ISA標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到腔收縮壓力才能開(kāi)始汽化并流向節(jié)流閥。圖2顯示了用于計(jì)算F F的ISA和IEC方程。因此，ISA / IEC方程計(jì)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(xiě)成。應(yīng)該注意，在教科書(shū)和制造商文獻(xiàn)中，液體臨界沒(méi)有提及壓力比因子，但作者認(rèn)為此處稍微增加復(fù)雜性是合理的，以便使讀者對(duì)控制閥中的液體流動(dòng)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(huì)形成汽泡。下游壓力的任何其他降低都會(huì)導(dǎo)致更多的氣泡形成，但腔靜脈收縮處的壓力不會(huì)降低到F F P V以下。在這一點(diǎn)上，值得注意的是，流經(jīng)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(huì)降低到F F P V以下，流量不增加，導(dǎo)致流量阻塞。圖3說(shuō)明了阻塞過(guò)程以及下一段中討論的氣穴現(xiàn)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(dòng)，橫截面流動(dòng)面積打開(kāi)，速度下降，壓力上升。現(xiàn)在，我們的氣泡的內(nèi)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(chǎn)生的阻塞流以及下游氣泡破裂的這種結(jié)合稱為“空化”。當(dāng)氣泡崩潰時(shí)，它們會(huì)發(fā)出爆破聲。結(jié)果是像礫石一樣的噪音通過(guò)閥門(mén)。這種噪音可能足夠大，很煩人，甚至足以損壞長(zhǎng)時(shí)間暴露于此的人的聽(tīng)力。同樣，當(dāng)氣泡破裂時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生沖擊波，從而可能?chē)?yán)重?fù)p壞閥門(mén)。空化損傷的外觀是粗糙的煤渣狀外觀。（請(qǐng)參見(jiàn)圖3右上角的截止閥塞圖片。）這種損壞可能很快發(fā)生，有時(shí)甚至需要幾個(gè)星期或幾個(gè)月。由于氣蝕損壞發(fā)生得如此之快，因此我們會(huì)盡一切努力避免氣蝕。堅(jiān)硬的材料可以帶來(lái)一些改進(jìn)，但是通常改進(jìn)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(xù)降低下游壓力，則會(huì)達(dá)到閥下游壓力小于液體蒸氣壓的狀態(tài)，此時(shí)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(xiàn)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(guò)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完全不同，并顯示為光滑，有光澤的河流和山谷。（請(qǐng)參見(jiàn)圖4右上角的截止閥塞子。）損壞機(jī)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?yàn)楫?dāng)液體蒸發(fā)時(shí)體積會(huì)大大增加，所以下游速度可能達(dá)到每秒數(shù)百英尺，并且高速液滴會(huì)腐蝕掉閥部件。閃爍引起的損壞通常不會(huì)像氣蝕那樣迅速發(fā)生。使用堅(jiān)硬或耐腐蝕的材料通常會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞在允許的范圍內(nèi)。由堅(jiān)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(tǒng)（P2小于P v），閥門(mén)選擇既不會(huì)引起也不會(huì)阻止閃爍。由閃光引起的噪聲通常低于85 dBA，據(jù)作者所知，沒(méi)有計(jì)算閃光噪聲的方法。實(shí)際情況
圖1和有關(guān)液體阻塞流的討論是經(jīng)典討論，它暗示著從非阻塞流到完全阻塞流的突然過(guò)渡。在現(xiàn)實(shí)中，在壓降接近，但低于ΔP的計(jì)算值哽咽，通常會(huì)形成一些汽泡和一定程度的氣蝕現(xiàn)象。圖5顯示了當(dāng)流量從非阻塞流轉(zhuǎn)換為完全阻塞流時(shí)實(shí)際發(fā)生的情況。圖5顯示了當(dāng)流量從非阻塞流轉(zhuǎn)換為完全阻塞流時(shí)實(shí)際發(fā)生的情況。
圖5.非阻塞流與阻塞流之間的實(shí)際過(guò)渡。
過(guò)渡的長(zhǎng)度取決于閥中主要節(jié)流閥的形狀。許多旋轉(zhuǎn)閥的橫截面流動(dòng)面積不規(guī)則，在較低的工作壓力下降時(shí)會(huì)導(dǎo)致大量的窒息和氣蝕現(xiàn)象，這些壓力下降可能始于一個(gè)局部區(qū)域，并隨著閥兩端壓力下降的增加而逐漸擴(kuò)散到整個(gè)限制區(qū)域，從而導(dǎo)致流量增大。完全cho住了 大多數(shù)截止閥中的限制是相當(dāng)對(duì)稱的，從而縮短了轉(zhuǎn)換時(shí)間。當(dāng)前的ISA和IEC控制閥選型方法不包括計(jì)算從非阻塞流到完全阻塞流的過(guò)渡開(kāi)始和結(jié)束的位置的方法，僅提供計(jì)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(kāi)始偏離直線之前，也可能開(kāi)始產(chǎn)生噪音和氣蝕損害。當(dāng)氣穴收縮處主流的平均壓力仍高于F時(shí)，便開(kāi)始了汽蝕的第一階段。?F P V。在流量突然增加的點(diǎn)上，附著在閥門(mén)物理邊界上的流線會(huì)分離，當(dāng)流線形成時(shí)，它們會(huì)形成渦流或渦流。渦流中的旋轉(zhuǎn)速度可以足夠高，以使渦流內(nèi)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(zhuǎn)速的降低，氣泡周?chē)膲毫υ黾樱瑲馀萜屏眩瑥亩a(chǎn)生噪音和損壞。扼流的ΔP值是兩個(gè)過(guò)程條件（P 1，閥門(mén)上游壓力和P v）的函數(shù)。，液體的蒸汽壓）和閥的內(nèi)部幾何形狀（由實(shí)驗(yàn)確定的液體壓力恢復(fù)系數(shù)F L表示）。F L的典型值如圖6所示。請(qǐng)注意，F(xiàn) L是閥門(mén)樣式和閥門(mén)開(kāi)度百分比的函數(shù)。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(chǎn)生氣蝕的可能性以及相關(guān)的噪音和損壞：（1）P 1的值通過(guò)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(shí)增加ΔP。（2）可以通過(guò)在液體溫度較低的位置（例如熱交換器的冷側(cè)）安裝閥門(mén)來(lái)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(mén)的價(jià)格也會(huì)增加。許多閥門(mén)樣式都有特殊的抗氣蝕適應(yīng)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。
