控制阀运行中的有害现象
首先要说的有害现象是严重噪音，它会影响员工的健康和工作环境。噪音是源于阀门内部的一种症状，通常会影响设备的耐久性，甚至会损坏设备。阀门噪音的产生原理可以分为以下几种：机械、空气动力和流体动力。产生机械噪音的原因可能是阀门内部零件振动、共振、运动部件导向失准，或是间隙过大。空气动力噪音的产生原因是：可压缩介质流的机械能转化成声能。随着介质减压，释放出的能量加速流体的流动——通常会超过音速——并产生噪音。流体动力噪音是流体流动产生的，具体情况有以下几种：湍流与阀门及管道壁的碰撞，空泡（气穴现象）和蒸发（闪蒸）。
图1. 笼式控制阀
空泡总是向下游移动，当流道的横截面积变大，介质的流速降低而压力升高。这种情况下就会出现空泡，其内部压力和流道内蒸汽的压力相同，但低于周围介质的压力。随后空泡会向内坍塌并消失。空泡的形成、由空泡引起的阻塞流，以及随后空泡在下游的坍塌并消失，这一系列过程就是所谓的空泡现象。空泡坍塌时会发出爆音，无数空泡坍塌发出的噪音，就像是无数碎石从阀门中通过。这种噪音非常大，长期受其影响的人员甚至可能会因此损伤听觉。不仅如此，空泡坍塌时会产生激波，并可能导致阀门严重损坏。
图2. 控制阀的多孔笼式阀芯
除了坍塌并消失外，空泡也可能会变大，其结果就是原本带有空泡的液体，迅速转变成含有细微液滴的蒸汽，这就是闪蒸现象。闪蒸造成的损坏与空泡造成的完全不同，它可能使零部件出现若隐若现的光滑沟槽。这种损坏的产生机制与喷砂处理比较类似。在缩脉的下游，流体含有大量蒸汽和大量细微液滴。液体蒸发时体积会大幅增加，因此下游流速可能达到每秒数百英尺，高速的液滴可能冲蚀阀门零部件。闪蒸造成的损坏通常不会像空泡那样在瞬间发生。
图3. 控制阀的多孔旋塞
如前文所述，各种有害现象都会影响控制阀的性能和寿命。因此我们的“smart valves”产品家族推出了若干有针对性的解决方案。比如有一种降低噪音的方法是采用笼式结构，并根据阀门工况设定配合间隙。如图1所示。要想降低空气动力噪音，最重要也最高效的方法就是阀门采用带孔的控制部件，比如带孔旋塞（图2）或带孔笼式阀芯（套筒）（图3）。还有一种方法是降低出口端的介质流速。为达到此目的，最常用的措施是采用带孔笼式阀芯、孔板或扩散器，利用它们的扼流效应提高出口端口压力。如果噪音非常严重，那就有必要同时采用上述所有措施（图4）。
图4. 控制阀出口端的静音板可以降低噪音
此外还有一种在使用中得到了验证的方法：利用热喷涂、扩散或等离子渗氮等技术，给阀门旋塞和阀座的部分或全部表面涂覆司太立保护层，使零部件表层CA.0.1mm范围内的硬度达到950HV，或是用热处理方法使硬度达到55HRC。防空泡阀门的核心设计是多阶旋塞（图5）。多阶旋塞的防止空泡的原理是旋塞每一阶段的压力降都被控制在临界值以下。但这种设计的缺点是在刚开始打开阀门时，很难有效确保各阶旋塞的有效扼流。为此我们采用了表面成型带孔多阶旋塞。它的结构既有主动特性，能根据阀门开度提供不同的阻力，也有被动特性，也就是带孔笼式阀芯和孔板的扼流效应（图6）。
图5. 适用于小流量的防空泡阀
图6. 具有不同扼流结构的多阶防空泡阀
闪蒸的发生是由流体各项参数决定的，而且无法利用设计完全杜绝其发生。但闪蒸的破坏效应却能够——而且必须——彻底消除。除了以上各种方法可以提高阀门部件的耐久性外，“Smart Valves”也可以在阀体内表面涂覆硬质涂层，以及提供耐腐蚀衬垫（图7）；角阀（图8）；以及带有保护性笼式阀芯的阀门（图9）。
图7. 针对闪蒸工况的旋塞阀
图8. 针对闪蒸工况的角阀
图9. 带有防护式笼芯的阀门