4.1.2阀的选择
4.1.2阀的选择
工艺条件的考虑
在选择阀门之前，要对控制过程迸行细心的分析，收集足够的数据，了解系统对调节阀 的要求，包括操作性能、可靠性、安全性等方面。
选择调节阀或选其较为适用，或选其成本较低，各有千秋。如果使用条件不高，有数种类型都可以使用，则以考虑成本髙低为准则。如果条件较苛刻，则可供选择的类型不多。如果在极端的情况下，例如：操作介质是腐蚀性泥浆，在高压降条件下工作，操作介质含有较大的磨蚀性颗粒，且有闪蒸作用，则很难找到真正合适的阀门。
下面讨论在各种各样的工艺条件下，选择阀门时应该如何考虑，当碰到复杂的综合情况 时，又应该如何解决。
(1)闪蒸和空化
闪蒸和空化的产生条件和具体情况已经在第3章阐述过。闪蒸和空化除了影响流量系数的计算外，还造成振动、噪声和对材料的破坏。
闪蒸和空化只产生在液体介质。空化作用的第一阶段是闪蒸，阀门的出口压力保持在液体的饱和蒸气压之下，但对阀内件已经产生了侵蚀作用，由于在阀芯和阀座环的接触线附近流体的速度最髙，因此破坏也发生在这里。闪蒸破坏后的阀芯外表面有一道道磨痕。在空化的第二阶段，阀后压力升髙到饱和蒸气压以上。由于气泡的突然破裂，所有的能量集中在破裂点，产生极大的冲击力，可高达儿千牛顿，闶此严重地冲撞和破坏阀芯、阀座和阀体，这种硖坏作用称为气蚀□这种作用如同砂子喷在阀芯表面，把固体表层撕裂，形成一个粗糙的、渣孔般的外表面。
空化产生的破坏作用是十分严茧的，在高压差恶劣条件的空化情况下，极硬的阀芯和阀座也只能使用很短的时间。在这种情况下，选择阀门应该有适当的方法和措施。
①从压差上考虑，避免空化的发生由于没有一种材料能长期经受空化的破坏作用，因此，关键在于避免空化作用的产生。选择阀门时要选压力恢复系数小的阀门，例如球阀、蝶周等（见表3-1)。
产生空化时的最小压差（临界压差）ΔPt为：
空化作用产生的同时产生阻寒流，阀门的ffi力恢复系数^小，则APt也小。要使调节 阀不产生空化，选用的Δp要小于ΔpT。如果由于工艺条件的限制，必须使Δp>ΔpT，可以考虑使用两个调节阀串联起来使用，使每个调节阀的压差Δp都小于Δpt,，这就能避免空化，避免气蚀破坏。
必须指出，当阀上压差Δp小于2.5MPa时，即使产生气蚀现象，对材质破坏的情况也并不严重，因此不需要采取特殊措施◦如果杻差较大，就要设法避免和解决气蚀问题。例如，对角形阀采用侧进流体时，阀芯的寿命就比底进流体时长，因为避免了密封面的直接破坏。另外，在阀前或阀后装限流孔板也可以吸收一些压降。
②从材料上考虑一般来说，材料越硬，抗蚀能力越强。人们泣期以来一直在寻找具 有高抗蚀性能的材料，但至今仍很难找到合适的材料能够长时间抵御严重空化作用而不受损 坏。因此，在有空化作用的情况下，应该考虑到阀芯、阀座易于更换D目前，制造阀芯阀 座的材料很多，但若从抗空化的角度来考虑，国内外最广泛使用的是司太立合金（一种含 钨，铬、钴的合金，硬度Re45)、硬化工具钢（Rc6〇)和钨碳钢（Re70)等。后者因硬度高 而抗蚀能力更强。但从另一角度来看，钨碳钢又极易脆裂，当用司太立合金时，可在某些不 锈钢基体（如lCr18Ni9Ti)上进行堆焊或喷焊，形成硬化表面。按照不同的使用条件，硬化表面可局限于阀座、阀芯和阀座的密封线附近（图4-6 （a)、（b));也可在整个表面（图4- 6 (c)）或阀芯导柱处（图4-6 (d))进行硬化处理。
③从结构上考虑可设计特殊结构的阀芯、阀座，以避免气蚀的破坏作用。其基本原理是使高速液体在通过闽芯、阀座时每一点的压力都高于在该温度下的饱和蒸气压，或者使液体本身相互冲撞，在通道间导致高度紊流，使调节阀屮液体的动能由于相互摩擦而变为热能，因而减少气泡的形成。
图41表示多级阀芯的调节阀结构D它采用逐级降压原理，把调节阀的总压差分成几个 小压差，逐级降压，使每一级都不超过临界压差。
图4-8是带有锥孔的阀芯，图4-9是带冇阶梯孔的套茼，图4-10是一种多孔式阀芯的 调节阀。这些调节阀结构利用液流的多孔节流原理减少气蚀的发生。这些调节阀的结构特点 是在调节阀的套筒壁上或阀芯上开有许多形状特殊的孔，当液体从各对小孔喷射进去后，液体在套筒中心相互碰撞。碰撞时由于消耗了能量，起缓冲作用。另一方面，气泡的破裂发生在套筒中心，这样就避免了对阀芯和套筒的直接破坏。
图4-11表承阀芯、阀座之间的巷道式结构，在高压差时，这些结构能降低流体速度， 防止空化作用引起的气蚀破坏。
(2)磨损
阀芯、阀座和流体介质直接接触，由于不断节流和切断流量，当流体速度髙，而且含有顆粒性物体时，磨损是非常严重的。
固体顆粒冲击的磨损作用和颗粒的动能有关，而动能的大小又取决于流体的流动速度和颗粒的大小。根据物理学的理沦，磨损破坏程度和颗粒的质量成正比，而和流体的流速的平方成正比，可见速度的影响之大。
当流体介质是含有高浓度磨損性颗粒的悬浮液时，阀芯、阀座接合面每一次关闭都会受到严重的摩擦。由于颗粒一次次被压碎使磨损过大，时间稍长就会出现关不严的情况。
在选择阀门时要注意磨损的情况，应采取适当的措施和解决方法。
①流路要光滑流线型的阀体结构能防止顆粒的直接冲击，能避免涡流并减小磨损。使流体平行于阀座接合面和阀柱塞表面的流动状况是最理想的。流动方向的改变要缓慢。
②采用坚硬的阀内件阀内件越硬，抗磨能力越大。阀内件的结构要有利于保护接合面。图4-12是一个结构比较合理的例子，因为套筒能够沿着接合面分配磨蚀性流体。
③选择合适的材料厓降低时可釆用弹性材料，压降高时可采用特殊结构的阀内件，使流速减缓下来。材料的选择取决于顆粒的大小和硬度、冲击角度、温度、速度、弹性等特性。金属的抗磨能力比不上陶瓷和陶瓷合金（如碳化硼、碳化钨、碳化硅、氮化硅)。
陶瓷材料的致密性越高越好。
其他可用的方法还有：把棚渗到碳化钼和碳化钨中；表两层用化学蒸汽处理的氰化钛(TiCN),电镀Tih。如果表面层厚度达到60~25;mi，就有极髙的抗磨性。碳化物的比例越大，抗磨性越好。
有的抗磨材料虽然不是最好，但比稀有金属便宜，因此从经济的角度可考虑使用，例如一堅不锈钢、Inconel及其合金。
有弹性衬里的阀门用得最多的是隔膜阀（图2-33)、蟝阀、球阀等类型。在苛刻的工作条件下，可以用特殊的角形阀，如图4-n所示的弯管阀结构，可避免排出口的磨损作用。在有磨损的工艺条件下，阀门结构一定要合理，要利用流体的附着和脱离原理，保护接合面部分，减少其磨损，消除排出口的涡流。阀座接合面要狭窄一些，这样，容易把附着在上面的固体顆粒压碎。
(3)腐蚀
在腐蚀流体中操作的调节阀要求其结构越简单越好，因为便于添加衬里，特别是较为贵重的特殊衬里。阀门类型的选择应能适用于所用的腐蚀介质。可选用隔膜阀、夹紧阀（图4-14)、加衬蝶阀、球阀等类型。蝶阀可以用铸造合金制造或进行电镀处理；小型球阀和角阀可以用整体棒料或加强的聚四氟乙烯（TFE)制造；角阀可以衬有钽或别的耐腐材料。如果镀层太薄则耐腐层太薄而不起作用。如果介质是极强的有机酸和无机酸，则可以用价格昂贵 的全钛调节阀。
