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直行程控制阀与角行程控制阀

日期:2021-05-20 19:24
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摘要:

     近年来,有关直行程控制阀与角行程控制阀孰优孰劣的争论不断升级。在某些领域和应用场合已产生了明显的赢家,比如:在造纸和纸浆厂,直通阀被证实不适合与纸浆的调节。总的来说,不能讲哪一种类型控制阀是*好的,如果有这样一种控制阀产品,那么阀门生产企业肯定只会生产此类产品。但事实上,每个阀门厂商都在生产不同类型的控制阀。
直通控制阀是各种控制阀类型中*成熟的一种,它能提供*大范围的应用。大部分直通阀能够生产制造出用于高温高压的应用场合,同时可配备系列阀芯,用于中等到严酷工况应用场合中,有效消除气蚀或噪音。直通控制阀的CV值和固有流量特性可通过更换不同的阀芯得到改变。现代多数类型直通阀采用顶装式设计,这样就可以在线更换阀门内件。直通控制阀是*通用的一种控制阀门设计类型,同时价格也较贵,特别是大口径的直通阀。

 球阀包括全通径球阀和部分球面球阀,流通能力约为同口径直通阀的两倍,并且具有阀杆密封寿命长及较经济的价格。球阀,除一寸的部分球面球阀外,一般没有多种阀内件可选择,也不可能通过更换球芯来改变固有流量特性。尽管球阀也具有抗气蚀及消除噪音的可选内件,但应用范围远不如直通阀。由于球阀具有无阻碍的直流通道,所以特别适合于泥浆或纸浆的控制。

 

高性能蝶阀已被公认为是一种控制阀。它们能提供较大的流通能力,在所有一般控制阀中,它们具有*低的价格和*轻的重量。蝶阀通用性较差,比其他阀门类型更易发生气蚀损坏问题,节流件无抗气蚀或降噪音的设计,同时也不能配备缩减流通能力的内件选项设计。

 

偏心旋转阀结合直通阀与转行程控制阀的优点于一身,他们结构坚固,尺寸紧凑,具有较高的压力恢复系数,较长的阀杆密封使用寿命以及竞争力的价格。多年前一个阀门生产企业开始将偏心旋转阀称为角行程的直通阀并且在大部分场合替换了传统的直通控制阀。尽管偏心旋转阀通用性略差于直通控制阀,但他还是具备可互换,可缩减流通能力的阀内件结构,同时还可提供抗气蚀与消除噪音的阀内件。不像其它类型角行程控制阀,偏心旋转阀与同口径直通阀流通能力相当。

控制阀类型选择
在过去,选择控制阀类型相当容易。原理很简单:“过去大家曾使用的各种类型控制阀,现在大家任会使用它。”如今,那些负责选择控制阀的人员都在考虑如何能在减少花费的同时还能增加产品质量和提高工厂效率。要想达到这样的效果,在选择控制阀时必须考虑一些主要应素。

 


首先是花费的多少
控制阀的购买价格只是全部花费的的一部分,选择控制阀时必须考虑全部花费,包括:购买费用,安装费用,维护费用,更换备件费用等,然而**个要讨论的问题是如何以同一个价格基准来对比不同的控制阀产品。

 

现在大家以相同尺寸的阀门来对比高性能蝶阀,V型球阀,偏心旋转阀,直通控制阀的价格。

角行程控制阀比直通阀价格低,价格偏差随口径增长变化,如果一台10英寸的直通控制阀满足流通能力,你就应该考虑是否用一台角行程控制阀取代。同时大家注意到对于相同的尺寸,高性能蝶阀和V型球阀的流通能力是同口径直通控制阀的两倍。很可能是下类情况:对于一个特定场合选择了一台10英寸的直通控制阀,价格为19000美圆,而选择高性能碟阀或V型球阀口径只需8英寸,价格为5000美圆。

 

材料占整个控制阀成本的一大部分,一台10英寸的控制阀重约2000磅(900公斤),而相同规格的高性能蝶阀重量只有300磅(135公斤)。因为控制阀是工艺管道上*复杂的工作部件,因此必须送到车间去维修以保证其性能。让大家来考虑一下,将一个重900公斤的阀门拆离管道,送进维修车间的工作量。

 

气蚀的影响
液体介质的控制必须避免发生气蚀现象。气蚀常会带来高噪音,强烈振动很快会导致阀门损坏。关于气蚀的讨论已超出了本文的范围,

直通控制阀具有*大的FL值,*不易发生气蚀,高性能蝶阀具有*低的FL值,*易发生气蚀,但这并不意味着高性能蝶阀不能用于液体工况,但是必须仔细分析发生气蚀的可能性。

 

固有流量特性

控制阀的固有流量特性是在阀门前后压差保持恒定时的阀门开度与阀门流通能力的关系(忽略系统特性)。在讨论控制阀流量特性时,通常是指如图5的控制阀的固有线形和等百分比流量特性。从曲线图中很容易理解线形与等百分比特性的含义。图6给出了某阀门厂商的流量特性曲线。只有直通控制阀会面临直线流量特性和等百分比流量特性的选择问题,实践证明80%-90%的系统中,固有等百分比流量特性是*佳的选择。

球阀(O型或V型)只具有固有的等百分比流量特性,并且比相同特性的直通控制阀更贴近理想的等百分比曲线。
高性能蝶阀只具有界于直线和等百分比曲线之间的固有特性,一个知名的阀门厂商将其称为修正线形流量特性,而另一家知名厂商将其称谓修正等百分比流量特性。事实上很难进行描述。
 

很难对偏心旋转阀的固有流量特性进行陈述。他更接近于线形的流量特性,有些阀门厂商的特性曲线在直线流量特性的上方,有的阀门厂商的特性在等百分比流量特性的的上方

 

安装流量特性与增益
选择正确的固有流量特性的原因在于它会和系统剩余部分相互作用产生出安装流量特性。而安装流量特性是特定系统中阀门开度和流量的关系
 
Figure 5: 理想线形和等百分比流量特性

大多数控制阀都安装在一个由离心泵,管道和弯头组成的系统中。当控制阀打开流量增加时,控制阀的进口压力会降低,如果控制阀下游管路损失较大,则控制阀出口压力会生高。这样会使控制阀上的压差减少,由于控制阀上压差非恒定而在减小,这就导致安装流量特性与固有流量特性的偏差。

固有等百分比流量特性由于通过控制阀的流量增加,压差降低而呈现出线形的安装流量特性。

作为一般原则,一个经过设计的具有线形的系统比一个非线形的系统更易实现良好控制,这就是为什么大多数控制阀被指定选用固有等百分比流量特性的原因。


Figure 6:典型的安装流量特性

控制阀的任何一种非线形的的安装流量特性都意味着过程增益会随阀门开度变化而变化。

这使得很难实现*优控制并且会导致系统不稳定。对控制阀增益的分析可以使大家了解什么样的控制阀能提供*佳控制。手工计算控制阀安装增益非常困难,但是使用适当的计算机App可以很快完成。图7显示了同一系统中V型球阀与直通控制阀的安装增益曲线。需要注意得是*佳的直通控制阀口径大于*佳的V型球阀,这是因为同口径球阀流通能力远大于直通阀。在图上可以看出球阀的增益在流量范围内几乎是常数,这就意味着控制器还有很大的调节余地并且不会导致系统的不稳定。但是此图并不意味着某一阀门类型总是具有*佳增益曲线,而是说明安装增益是选择控制阀的主要因素之一。


Figure 7:增益比较

 

节能

节约能源这一概念也适用于控制阀的选择,通常情况下控制阀是管路系统中压力损失的主要来源(当然压差是控制阀实现调节的前提条件),节约能源的方法有增加管道口径,减少阀门压降,从一家杰出阀门企业调查结果看,在过去的20年中交货的控制阀平均口径从*初的2寸增加到如今的3寸以上。


对于控制阀的选择,传统方法还应牢记,特别是过去曾经成功应用的工况,至少需要考虑的方面包括上述内容以确保*低花费和*好的控制效果
 
 
 
 

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