直行程控制閥與角行程控制閥

     近年來，有關(guān)直行程控制閥與角行程控制閥孰優(yōu)孰劣的爭論不斷升級。在某些領(lǐng)域和應(yīng)用場合已產(chǎn)生了明顯的贏家，比如：在造紙和紙漿廠，直通閥被證實(shí)不適合與紙漿的調(diào)節(jié)。總的來說，不能講哪一種類型控制閥是*好的，如果有這樣一種控制閥產(chǎn)品，那么閥門生產(chǎn)企業(yè)肯定只會生產(chǎn)此類產(chǎn)品。但事實(shí)上，每個閥門廠商都在生產(chǎn)不同類型的控制閥。
直通控制閥是各種控制閥類型中*成熟的一種，它能提供*大范圍的應(yīng)用。大部分直通閥能夠生產(chǎn)制造出用于高溫高壓的應(yīng)用場合，同時可配備系列閥芯，用于中等到嚴(yán)酷工況應(yīng)用場合中，有效消除氣蝕或噪音。直通控制閥的CV值和固有流量特性可通過更換不同的閥芯得到改變。現(xiàn)代多數(shù)類型直通閥采用頂裝式設(shè)計，這樣就可以在線更換閥門內(nèi)件。直通控制閥是*通用的一種控制閥門設(shè)計類型，同時價格也較貴，特別是大口徑的直通閥。

 球閥包括全通徑球閥和部分球面球閥，流通能力約為同口徑直通閥的兩倍，并且具有閥桿密封壽命長及較經(jīng)濟(jì)的價格。球閥，除一寸的部分球面球閥外，一般沒有多種閥內(nèi)件可選擇，也不可能通過更換球芯來改變固有流量特性。盡管球閥也具有抗氣蝕及消除噪音的可選內(nèi)件，但應(yīng)用范圍遠(yuǎn)不如直通閥。由于球閥具有無阻礙的直流通道，所以特別適合于泥漿或紙漿的控制。

高性能蝶閥已被公認(rèn)為是一種控制閥。它們能提供較大的流通能力，在所有一般控制閥中，它們具有*低的價格和*輕的重量。蝶閥通用性較差，比其他閥門類型更易發(fā)生氣蝕損壞問題，節(jié)流件無抗氣蝕或降噪音的設(shè)計，同時也不能配備縮減流通能力的內(nèi)件選項設(shè)計。

偏心旋轉(zhuǎn)閥結(jié)合直通閥與轉(zhuǎn)行程控制閥的優(yōu)點(diǎn)于一身，他們結(jié)構(gòu)堅固，尺寸緊湊，具有較高的壓力恢復(fù)系數(shù)，較長的閥桿密封使用壽命以及競爭力的價格。多年前一個閥門生產(chǎn)企業(yè)開始將偏心旋轉(zhuǎn)閥稱為角行程的直通閥并且在大部分場合替換了傳統(tǒng)的直通控制閥。盡管偏心旋轉(zhuǎn)閥通用性略差于直通控制閥，但他還是具備可互換，可縮減流通能力的閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)，同時還可提供抗氣蝕與消除噪音的閥內(nèi)件。不像其它類型角行程控制閥，偏心旋轉(zhuǎn)閥與同口徑直通閥流通能力相當(dāng)。

控制閥類型選擇
在過去，選擇控制閥類型相當(dāng)容易。原理很簡單：“過去我們曾使用的各種類型控制閥，現(xiàn)在我們?nèi)螘褂盟！比缃瘢切┴?fù)責(zé)選擇控制閥的人員都在考慮如何能在減少花費(fèi)的同時還能增加產(chǎn)品質(zhì)量和提高工廠效率。要想達(dá)到這樣的效果，在選擇控制閥時必須考慮一些主要應(yīng)素。

首先是花費(fèi)的多少
控制閥的購買價格只是全部花費(fèi)的的一部分，選擇控制閥時必須考慮全部花費(fèi)，包括：購買費(fèi)用，安裝費(fèi)用，維護(hù)費(fèi)用，更換備件費(fèi)用等，然而**個要討論的問題是如何以同一個價格基準(zhǔn)來對比不同的控制閥產(chǎn)品。

現(xiàn)在我們以相同尺寸的閥門來對比高性能蝶閥，V型球閥，偏心旋轉(zhuǎn)閥，直通控制閥的價格。

角行程控制閥比直通閥價格低，價格偏差隨口徑增長變化，如果一臺10英寸的直通控制閥滿足流通能力，你就應(yīng)該考慮是否用一臺角行程控制閥取代。同時我們注意到對于相同的尺寸，高性能蝶閥和V型球閥的流通能力是同口徑直通控制閥的兩倍。很可能是下類情況：對于一個特定場合選擇了一臺10英寸的直通控制閥，價格為19000美圓，而選擇高性能碟閥或V型球閥口徑只需8英寸，價格為5000美圓。

材料占整個控制閥成本的一大部分，一臺10英寸的控制閥重約2000磅（900公斤），而相同規(guī)格的高性能蝶閥重量只有300磅（135公斤）。因?yàn)榭刂崎y是工藝管道上*復(fù)雜的工作部件，因此必須送到車間去維修以保證其性能。讓我們來考慮一下，將一個重900公斤的閥門拆離管道，送進(jìn)維修車間的工作量。

氣蝕的影響
液體介質(zhì)的控制必須避免發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。氣蝕常會帶來高噪音，強(qiáng)烈振動很快會導(dǎo)致閥門損壞。關(guān)于氣蝕的討論已超出了本文的范圍，

直通控制閥具有*大的FL值，*不易發(fā)生氣蝕，高性能蝶閥具有*低的FL值，*易發(fā)生氣蝕，但這并不意味著高性能蝶閥不能用于液體工況，但是必須仔細(xì)分析發(fā)生氣蝕的可能性。

固有流量特性

控制閥的固有流量特性是在閥門前后壓差保持恒定時的閥門開度與閥門流通能力的關(guān)系（忽略系統(tǒng)特性）。在討論控制閥流量特性時，通常是指如圖5的控制閥的固有線形和等百分比流量特性。從曲線圖中很容易理解線形與等百分比特性的含義。圖6給出了某閥門廠商的流量特性曲線。只有直通控制閥會面臨直線流量特性和等百分比流量特性的選擇問題，實(shí)踐證明80%-90%的系統(tǒng)中，固有等百分比流量特性是*佳的選擇。

球閥（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閥更貼近理想的等百分比曲線。
高性能蝶閥只具有界于直線和等百分比曲線之間的固有特性，一個知名的閥門廠商將其稱為修正線形流量特性，而另一家知名廠商將其稱謂修正等百分比流量特性。事實(shí)上很難進(jìn)行描述。
 

很難對偏心旋轉(zhuǎn)閥的固有流量特性進(jìn)行陳述。他更接近于線形的流量特性，有些閥門廠商的特性曲線在直線流量特性的上方，有的閥門廠商的特性在等百分比流量特性的的上方

安裝流量特性與增益
選擇正確的固有流量特性的原因在于它會和系統(tǒng)剩余部分相互作用產(chǎn)生出安裝流量特性。而安裝流量特性是特定系統(tǒng)中閥門開度和流量的關(guān)系
 
Figure 5: 理想線形和等百分比流量特性

大多數(shù)控制閥都安裝在一個由離心泵，管道和彎頭組成的系統(tǒng)中。當(dāng)控制閥打開流量增加時，控制閥的進(jìn)口壓力會降低，如果控制閥下游管路損失較大，則控制閥出口壓力會生高。這樣會使控制閥上的壓差減少，由于控制閥上壓差非恒定而在減小，這就導(dǎo)致安裝流量特性與固有流量特性的偏差。

固有等百分比流量特性由于通過控制閥的流量增加，壓差降低而呈現(xiàn)出線形的安裝流量特性。

作為一般原則，一個經(jīng)過設(shè)計的具有線形的系統(tǒng)比一個非線形的系統(tǒng)更易實(shí)現(xiàn)良好控制，這就是為什么大多數(shù)控制閥被指定選用固有等百分比流量特性的原因。

Figure 6:典型的安裝流量特性

控制閥的任何一種非線形的的安裝流量特性都意味著過程增益會隨閥門開度變化而變化。

這使得很難實(shí)現(xiàn)*優(yōu)控制并且會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。對控制閥增益的分析可以使我們了解什么樣的控制閥能提供*佳控制。手工計算控制閥安裝增益非常困難，但是使用適當(dāng)?shù)挠嬎銠C(jī)軟件可以很快完成。圖7顯示了同一系統(tǒng)中V型球閥與直通控制閥的安裝增益曲線。需要注意得是*佳的直通控制閥口徑大于*佳的V型球閥，這是因?yàn)橥趶角蜷y流通能力遠(yuǎn)大于直通閥。在圖上可以看出球閥的增益在流量范圍內(nèi)幾乎是常數(shù)，這就意味著控制器還有很大的調(diào)節(jié)余地并且不會導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定。但是此圖并不意味著某一閥門類型總是具有*佳增益曲線，而是說明安裝增益是選擇控制閥的主要因素之一。

Figure 7:增益比較

節(jié)能

節(jié)約能源這一概念也適用于控制閥的選擇，通常情況下控制閥是管路系統(tǒng)中壓力損失的主要來源（當(dāng)然壓差是控制閥實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的前提條件），節(jié)約能源的方法有增加管道口徑，減少閥門壓降，從一家有名閥門公司調(diào)查結(jié)果看，在過去的20年中交貨的控制閥平均口徑從*初的2寸增加到如今的3寸以上。

對于控制閥的選擇，傳統(tǒng)方法還應(yīng)牢記，特別是過去曾經(jīng)成功應(yīng)用的工況，至少需要考慮的方面包括上述內(nèi)容以確保*低花費(fèi)和*好的控制效果