常見閥門問題之“高壓力降”

   由於(yu) 上遊和下遊壓力的差別，物流通過閥門流動，它叫做壓力降（△P）或壓差。如果管線尺寸在閥門上遊和閥門下遊兩(liang) 者是相同的且速度是恒定的，閥門必須經過摩擦損失而降低流體(ti) 壓力從(cong) 而產(chan) 生流動。閥門摩擦損失的一部分起因於(yu) 流體(ti) 和閥門壁的摩擦。但是此摩擦很小，對於(yu) 適當的流體(ti) 不能產(chan) 生足夠的壓力降。使閥門產(chan) 生明顯的壓力損失的更有效的方法是通過閥體(ti) 內(nei) 的節流。因為(wei) 許多閥門設計成允許閥門一部分比管線更為(wei) 狹窄，它能很容易地在流體(ti) 層中提供節流。因為(wei) 守恒定律，當流體(ti) 接近閥門時，為(wei) 了使全部流體(ti) 通過閥門，它的速度要增加。反之，相應產(chan) 生壓力下降（圖一）。壓力和速度的反向關(guan) 係，由柏努利公式表示如下：
 

     圖一 自銳孔節流點和壓力及速度曲線算起的射流*小截麵段（收縮斷麵）位置
 
   *高流速和*低壓力發生在*狹窄縮頸處的下遊，它叫做收縮斷麵。圖二表示收縮斷麵不是在本身節流處，而是在節流下遊的一段距離，此距離隨著所涉及的壓力而變。在收縮斷麵物流流速是*大的速度時，物流層的流動麵積則是其*小值。
   在收縮斷麵之後，物流變慢和壓力再次升高，但未達到原始上遊壓力值。上遊壓力與(yu) 下遊壓力之間的差值是物流通過閥門時由摩擦損失造成的，它叫做長久壓力降。收縮斷麵的壓力和下遊壓力之間的壓力差值叫做壓力恢複。長久壓力降和壓力恢複的簡單圖形見圖三。

圖二銳孔節流和產(chan) 生湍流之間的關(guan) 係        圖三表示壓力恢複和長久壓力降的物流曲線
 
   閥門的流率可通過減少下遊壓力而增加。對於(yu) 液體(ti) 操作，物流可被下落到低於(yu) 物流蒸汽壓的壓力降所限製，它將產(chan) 生內(nei) 向爆炸氣泡和氣體(ti) 的氣阱（分別叫做氣穴或閃蒸）。當液體(ti) 物流已被混有氣泡或氣阱的流體(ti) 本身所飽合時，發生物流堵塞，且通過降低下流壓力也不能再增加。換言之，液體(ti) 中氣體(ti) 的形成擠滿了收縮斷麵而限製了能夠通過閥門的流量。對於(yu) 氣體(ti) ，當流速接近聲速，也可能發生物流堵塞，且盡管下遊壓力已減少但閥門也不能增加流量。
 
高壓力降效應
   如上討論，閥門的下列功能取決(jue) 於(yu) 存在壓力降，它使物流自上遊容器流入下遊容器或通向大氣。因為(wei) 壓力降的產(chan) 生是由於(yu) 閥門通過摩擦損失而吸引能量，理想的壓力降使得全部物流通過閥體(ti) 流動而無過高的流速，吸收較少能量。但是，某些工藝係統，由於(yu) 係統的要求，在通過閥門時可能產(chan) 生大的壓力降。
   高的壓力降通過閥門時產(chan) 生許多問題，例如氣穴、閃蒸、堵塞物流、高噪聲水平和振動。這些問題引起許多直接影響：對閥體(ti) 和閥芯的磨損和氣穴的損傷(shang) ，閥門本身的失靈或性能變差，附屬儀(yi) 表的校準漂移，管線疲勞或鄰近工人的聽力損害。在這種情況下，高壓力降下操作的閥門要求使用較貴的閥芯、更為(wei) 頻繁的維護、大量備件庫存和管線支架。這些措施增加了維護和工程造價(jia) 。
   雖然用戶注意到高壓力降的影響，但存在高壓力降的*大威脅是降低了工藝係統的效率。因為(wei) 高壓力降吸收大量能量，使能量自係統中損失。在大多數工藝係統中，加入到係統的能量是由鍋爐或泵的壓力所產(chan) 生的。量的兩(liang) 種方法，多能量被係統吸收時，包括高壓力降閥門的能量損失，則必須使用較大的鍋爐或泵。所以，如果係統設計中僅(jin) 有少數高壓力降閥門，則係統更為(wei) 有效，並能使用較小的鍋爐和泵。