本文講述了控制閥的四種流量特性、常用閥門結(jié)構(gòu)特點和閥門流量系數(shù)，說明閥體結(jié)構(gòu)決定了閥門的流量特性、適用的工況和流量系數(shù)。因此，控制閥閥體選型應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計要求，結(jié)合閥體結(jié)構(gòu)特點，選擇控制性能佳、使用壽命長、投資成本低的閥門。
引言：
控制閥(包括自力式壓力調(diào)節(jié)閥、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、電子式電動調(diào)節(jié)閥、氮封閥等)被廣泛用于石油、化工、制藥、電力等行業(yè)的管道流體輸送系統(tǒng)中，控制閥的種類、規(guī)格和分類方式多種多樣?？刂崎y普遍應(yīng)用于高溫、高壓、強腐蝕、易燃、易爆、易閃蒸、易氣蝕、高粘度、易結(jié)晶等介質(zhì)中，控制閥的適用工況因為閥體結(jié)構(gòu)的不同而不同，沒有一種閥門是普遍適用的。閥體結(jié)構(gòu)選型是保證控制閥功能、控制精確性和穩(wěn)定性，避免事故發(fā)生的重要工作之一。本文重點講述常用閥門的結(jié)構(gòu)特點和適用工況，根據(jù)工藝設(shè)計參數(shù)和介質(zhì)性質(zhì)，對閥體結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行選型指導(dǎo)。
1、流量特點
閥門流量特性：流體流過閥門時，閥門相對開度與閥門相對流量之間的函數(shù)關(guān)系，即Q/Qmax=f(L/Lmax)，式中，Q-閥門某一開充時的流量；Qmax-閥門全開時的流量；Q/Qmax-閥門相對流量；L-閥門某一開度的行程；Lmax-閥門全開時的行程；L/Lmax-閥門相對開度；閥門的不同流量特性曲線圖，橫座標(biāo)為閥門的相對開度，縱坐標(biāo)表示閥門的相對流量?？扉_型、直線型、拋物線型、等百分比型是閥門常見的四種流量特性。
(1)快開流量特性：曲線就是快開流量特性曲線，閥門在小開度時流量就有較大的增加且很快達(dá)到較大；大開度時，流量不明顯，一般用于開關(guān)控制和程序控制。
(2)直線流量特性：閥門的相對流量與相對開度流量變化偏大，大開度流量變化偏??；小負(fù)荷，調(diào)節(jié)性能靈敏，穩(wěn)定性低，大負(fù)荷時，響應(yīng)遲緩。
(3)拋物線流量特性：拋物線流量特性介于直線和等百分比特性之間。
(4)等百分比流量特性：閥門單位開充變化引起流量變化的百分率相等；不論是小開充，還是大開度，閥門始終工作平穩(wěn)，響應(yīng)靈敏及時。
小結(jié)：控制閥按功能分為切斷閥和調(diào)節(jié)閥，根據(jù)本節(jié)所述，具有快開流量特性的閥門一般用于切斷和接通介質(zhì)的兩位閥；具有直線流量特性。拋物線流量特性和等百份比流量特性的曲線一般是用于調(diào)節(jié)流量、壓力、液位或組分的調(diào)節(jié)閥。
2、閥門結(jié)構(gòu)
閥門的結(jié)構(gòu)決定閥門的性能，閥體選型就是結(jié)構(gòu)選型，本節(jié)將介紹常用閥門的結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的性能特點和適用工況。
(1)直能單座閥：單閥芯，易保證密封，泄漏量小；從左往右流，介質(zhì)底進(jìn)高出(即流開型)，也可從右往左，高進(jìn)底出(流閉型)，都是S型流路，介質(zhì)對閥芯產(chǎn)生的不平衡推力大，允許壓差??；圓周節(jié)流，節(jié)流面積小，顆粒介質(zhì)不易通過，易卡堵，防堵性能差；因此，直通單座閥一般適用于泄露要求較嚴(yán)，壓差不大，介質(zhì)干凈的場合。
(2)直通雙座閥：雙閥芯，流量較大；介質(zhì)從左往左路流，介質(zhì)分別從下閥燕高進(jìn)底出，從上閥芯底進(jìn)高出，即雙S流路，力平衡式結(jié)構(gòu)，使用壓差較大；兩個圓周節(jié)流，節(jié)流面積小，顆粒介質(zhì)更易卡堵，防堵性能差。因此，直通雙座閥一般適用于泄露要求低，壓差較大，介質(zhì)干凈的場合。
(3)角形閥：單閥芯，容易密封泄露量?。唤橘|(zhì)流向呈直角型，介質(zhì)對閥芯的不平衡推力大，閥門的使用壓差?。划?dāng)閥門口徑較小時因介質(zhì)對閥芯的不平衡推力作用面積小，常用于高壓差場所；閥體結(jié)構(gòu)簡單易煅造，高壓場所易使用；角形閥體流路簡單，自潔性能好。因此角閥一般應(yīng)用于泄露量小、高壓、不潔凈介質(zhì)及需要角形連接的場所。
直通單座閥、直通雙座閥和角行程閥門的閥芯不同，流量特性對應(yīng)的閥芯形狀不同。
(4)套筒閥：套筒閥無套筒時，閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)類似直通單座閥。套筒閥為雙密封結(jié)構(gòu)，一是閥芯與閥座形成密封面；二是套筒導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與密封環(huán)形成的密封面。易密封，泄露量小；閥芯由套筒導(dǎo)向垂直運動，閥芯開平衡孔，釋放部分流體壓力，使閥芯平衡運動不振蕩；由于套筒和平衡孔存在，流路復(fù)雜，更容易卡堵。但套筒閥具有降低噪音和減小共振的功能。因此，套筒閥常用于高壓差、泄露要求高，介質(zhì)潔凈，需要減振降噪場合，一般做調(diào)節(jié)閥使用。
小結(jié)：綜上所述，不同西方圣人閥門所適應(yīng)的工況不同，具有的流量特性也不同，在閥門選型過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)閥門功能、閥門前后壓差、泄漏量大小及介質(zhì)是否含有顆粒物初步確定閥門的結(jié)構(gòu)。
3、閥門材質(zhì)選擇影響因素
(1)閃蒸和氣蝕：閃蒸指液體流經(jīng)閥門時因壓力變化，下流壓力低于其飽和氣體的現(xiàn)象；氣蝕指液體流經(jīng)閥門時因壓力變化，液體-飽和氣體-液體，這就是氣蝕發(fā)生的過程。閃蒸和氣蝕閥門公稱通徑的計算和選擇應(yīng)考慮介質(zhì)的閃蒸和氣蝕現(xiàn)象，防止因閃蒸和氣蝕產(chǎn)生的噪聲、振動、閥內(nèi)件和密封結(jié)構(gòu)破壞。其中閥內(nèi)件和密封結(jié)構(gòu)破壞會使閥門推動控制功能，造成工藝參數(shù)控制困難。閥蒸和氣蝕不可能避免，國內(nèi)外閥門廠家的處理方法就是根據(jù)工藝參數(shù)和介質(zhì)性能選擇合理的結(jié)構(gòu)并采用鈷、鉻、鎢等硬質(zhì)合金堆焊密封面和閥芯。因此，閃蒸和氣蝕應(yīng)通過閥體結(jié)構(gòu)和閥內(nèi)件材質(zhì)選型預(yù)防。
(2)介質(zhì)溫度、壓力、濃度
在超高溫、超低溫、高壓差及強腐蝕性介質(zhì)情況下，閥內(nèi)件的力學(xué)性能會降低，會因強度不夠?qū)е麻y內(nèi)件變形；介質(zhì)對閥內(nèi)件的腐蝕情況會隨著介質(zhì)的溫度、壓力、濃度的變化而變化。因此應(yīng)了解常用(WCB、304、316、316L、鎳基合金、雙相不銹鋼、蒙乃爾合金、哈氏合金等)材質(zhì)的適用溫度范圍和力學(xué)性能同時掌握工藝介質(zhì)的屬性，使選擇的閥內(nèi)件具有耐磨、耐沖刷、耐腐蝕性。
小結(jié)：隨著閥門加工、裝配技術(shù)的進(jìn)步，閥門工作壓力達(dá)到1000MPa，工作溫度范圍從負(fù)270℃至1500℃；合理的閥門結(jié)構(gòu)和合理材質(zhì)選擇才能發(fā)揮閥門的佳性能。閥門材質(zhì)的選擇應(yīng)考慮金屬性能的同時了解金屬價格，力求選擇性價比高的材質(zhì)。
4、流量系數(shù)
(1)閥門流量系數(shù)：閥門全開狀態(tài)下，閥門前后壓差一定的情況下，流體通過閥門的流量。是衡量閥門流通能力的指標(biāo)通常用Cv和Kv表示，Cv是英制單位的流量系數(shù)，Kv公制單位的流量系數(shù)，Cv=1.156Kv。
(2)Cv值比較：當(dāng)閥門Cv值越小，表示介質(zhì)流過閥門時的阻力越大，壓力損失也越大，反之亦然。同樣結(jié)構(gòu)的閥門，閥門的流量系數(shù)隨閥門尺寸的變化而變化，口徑越大，Cv值越大，如DN100蝶閥的Cv值大于DN50蝶閥的Cv值。同樣尺寸的閥門，閥門的流量系數(shù)隨閥門結(jié)構(gòu)變化而變化，如直通單座閥Cv值小于球閥Cv值小于蝶閥Cv值。對于截止閥，同樣結(jié)構(gòu)和尺寸的閥門因介質(zhì)流過閥門的方向不同(流開、流閉兩種情況)，流量系數(shù)也不同，流開閥門的Cv值大于流閉閥門的Cv值。
小結(jié)：流通能力是調(diào)節(jié)閥的重要參數(shù)，它反映注體通過調(diào)節(jié)閥的能力。一般閥門在開度50%-80%之間控制性能較好，閥門壽命也易于保證。Cv值選擇較大，較小開度就可獲得較大流量，使工藝控制不夠平穩(wěn)；Cv值選型較小，因閥門節(jié)流導(dǎo)致閥前壓力較高，閥后流量不足等現(xiàn)象。Cv選型不當(dāng)，閥門控制精度低、壽命縮短，對生產(chǎn)裝置也是一個安全隱患。因此，通過流量系數(shù)Cv值計算確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑應(yīng)綜合考慮閥門大Cv值、小Cv值、額定Cv值和調(diào)節(jié)余量等因素。
總結(jié)：
綜上所述，閥門的選型應(yīng)深入了解工藝需求和工況條件，選擇符合實際工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和口徑的閥門。本文對提高閥門控制能力、減少閥門故障率，降低成本具有實際的指導(dǎo)意義。
