怎樣防止調節閥的閃蒸和氣蝕

怎樣防止調節閥的閃蒸和氣蝕？ 怎樣防止調節閥的閃蒸和氣蝕 防止調節閥的閃蒸和氣蝕

怎樣防止電動調節閥的閃蒸和氣蝕 怎樣防止氣動調節閥的閃蒸和氣蝕 調節閥的閃蒸和氣蝕

    之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹在調節閥內流動的液體常常出現閃蒸和氣蝕兩種現象。它們的發生不但影響口徑的選擇和計算，而且將導致嚴重的噪聲、振動、材質的破壞等。在這種情況下，調節閥的工作壽命會大大縮短。詳細論述了氣蝕和閃蒸的產生及其對調節閥的侵蝕機理，并結合實踐經驗提出可行的解決方法、供設計、應用人員參考。

關鍵字：氣蝕和閃蒸調節閥氣蝕強度同心孔板

    當被測介質為液體時，我們時常遇到氣蝕和閃蒸問題。氣蝕在有關資料中也被稱為“空化”，它將影響到調節閥的口徑計算，關系到控制系統的調節品質，可能引起噪音，振動，縮短調節閥的壽命，因此進行這方面的任何綜合性討論，都具有重要的現實意義。

1怎樣防止調節閥的閃蒸和氣蝕 氣蝕及閃蒸的產生

    為便于液體在閥內的流動狀態分析，把一個有一定開度的調節閥模擬成一個同心孔板如圖1所示。上面是討論的系統，下面是流體流動過程中各點的速度和壓力分布曲線。

    假設孔板上游流動的液體靜壓為P1且P1>PV,(PV為流體蒸汽壓)。根據熱力學*定律，如果流體流過系統邊界層沒有發熱和做功的能量損失，在該系統中沿確定的基準面每點上的總能級保持一定。流體通過孔板前開始收縮，以便通過孔板，其流速與流體面積成反比，故流速增加，因為速度頭與壓力頭之和保持大約相等，必然由于速度頭增加導致壓力頭下降。

    在鄰近孔板的下游，流體將達到它的小截面，大速度和小壓力(Pvc) ，這點稱為縮流。如果該點速度充分增加，壓力降到蒸汽壓，就使得在流體中產生空腔。從離開縮流處的下游開始，流體由于摩擦引起流體減速，其結果使流體截面和壓力增加，這一能量反向轉換即“壓力恢復”，在縮流處，壓力減到蒸汽壓而形成的蒸汽泡在壓力增加的下游不可能存在，而會被擠破恢復成液體狀態，這一過程便是氣蝕。由于液體中空腔破裂產生的沖擊波，向四周發射，當這種沖擊波發生于鄰近的固體邊界層時，就產生一種高度擠壓和連續不斷的小撞擊，任何一個確定的表面增量受到重復沖擊趨于疲勞直*，細小金屬層便脫落。氣蝕現象通常伴隨著噪音和振動，其他理論認為，在此基礎上，還同時伴隨著化學腐蝕過程。”

    如果下游管道系統的壓力等于或小于蒸汽壓，流入下游流體中的蒸汽百分比會不斷增加，且流速持續增長成為閃蒸。由于蒸汽體積常常大于液體體積，以致于使液滴趨向于達到蒸汽高速度。液滴沖擊閥體表面如同顆粒固體沖擊表面一樣使閥體材料損壞脫落。研究發現，由此引起的物理損壞一般發生在下游部分。當然，如果閥門入口的液體接近于飽合狀態，使得閃蒸開始發生于閥體的上游部分，則閥座、閥芯等部件也可能受到影響。

2 氣蝕及閃蒸狀態的表征

    假如引出一個系統氣蝕參數Ksc，作為引起調節閥氣蝕的系統狀態趨勢度量，那么

  正常情況下，作為液體狀態的介質，流人、流經、流出調節閥時均保持液態。
    閃蒸作為液體狀態的介質，流人調節閥時是液態，在流經調節閥中的縮流處時流體的壓力低氣化壓力，液態介質變成氣態介質，并且它的壓力不會再回復到氣化壓力之上，流出調節閥時介質直保持氣態。閃蒸就像一種噴沙現象，它作用在閥體和管線的下游部分，給調節閥和管道的內表面成嚴重的沖蝕，同時也降低了調節閥的流通能力。
    氣蝕作為液體狀態的介質，流人調節閥時是液態，在流經調節閥中的縮流處時流體的壓力低于氣化壓力，液態介質變成氣態介質，隨后它的壓力又回復到氣化壓力之上，后在流出調節閥前介質又變成液態。可以根據一些現象來初步判斷氣蝕的存在，當氣蝕開始時它會發出一種嘶嘶聲，當氣蝕發展到*穩定時，調節閥中會發出嘎嘎的聲音，就像有碎石在流過調節閥時發出的盧響。氣蝕對調節閥及內件的損害電是很大的，同時它也降低了調節閥的流通效能，就像閃蒸一樣。因此．應采取有效的措施來防止或者大限度地減小閃蒸或氣蝕的發生：
    ①盡量將調節閥安裝在系統的低位置處，這樣可以相對提高調節閥人口和出口的壓力；
    ②在調節閥的上游或下游安裝一個截止閥或者節流孔板來改變調節閥原有的安裝壓降特性（這種方法一般對于小流量情況比較有效）；
    ③選用專門的反氣蝕內件也可以有效地防止閃蒸或氣蝕，它可以改變流體在調節閥內的流速變化，從而增加了內部壓力；
    ④盡量選用材質較硬的調節閥，因為在發生氣蝕時，對于這樣的調節閥，它有一定的抗沖蝕性和耐磨性，可以在一定的條件下讓氣蝕存在，并且不會損壞調節閥的內件。相反，Id于軟性材質的調節閥，由于它的抗沖蝕性和耐磨性較差，當發生氣蝕時，調節閥的內部構件很快就會被磨損，因而無法在有氣蝕的情況下正常工作。
    總之，目前還沒有什么工程材料能夠適應嚴重條件下的氣蝕情況，只能針對客觀情況來綜合分析，選擇一種相對比較合理的解決辦法。

    在一般計算調節閥口徑的工作中閥門的計算條件已定，用該方程式可計算出△Pm ，由圖2 發現，如果計算的△Pm 小于實際△Pm ，這個流量將處于阻塞流狀態，若△Pm計算值大于實際△Pm ，則表明閥門將運行在qv 與成比例的范圍內。Km包括了所采用閥門類別的影響，它是衡量縮流和閥門出口間壓力恢復的尺度，Km值越高(閥門壓力恢復能力越低) ，允許閥門壓降越高，越有利于防止氣蝕的發生。

3 對策討論

    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(組合式減壓閥,可調式減壓閥,自力式減壓閥基于對氣蝕、閃蒸過程的綜合討論，進行適宜的對策分析。

    ① 如果工藝上不考慮嚴格的壓力損失要求，在確定計算數據時，應盡量減小閥門壓力降，使其工作在穩定的Cv狀態下。

    ② 改變工藝條件。通過降低液體溫度或在一定差壓下提高閥前或閥后壓力，使流體在縮流處不低于其蒸汽壓。

    ③ 選擇特殊結構的調節閥。常用的高差壓調節閥是高壓角型閥，盡管有關的資料提供了較高的壓力恢復系數FL( 在數值上FL= 但是在高差下，由于介質的流速突然向高速轉變，能量發生轉換以至引起嚴重氣蝕，仍不可避免。

    在給定的使用條件下，閥門的氣蝕趨勢可以依據通用的計算公式來判別，如果是接近于產生氣蝕的條件，可選擇一個在正常流量條件下具有較高FL系數的閥門并重新計算。如果氣蝕仍然是預測的情況，應當優先采用防氣蝕類閥門。

    適宜的抗氣蝕調節閥有：防氣蝕調節閥，多級籠形閥，巷道式調節閥等。實踐證明，用戶采用巷道式結構研制的高壓差調節閥(△p可達30MPa) 雖然采用普通材質，仍可達到令人鼓舞的效果。如圖3所示，它是由閥座與閥芯雙錐面配合調節，通過延長節流通道，增大節流面積和阻力，克服氣蝕現象的產生。閥芯和閥座錐角的大小及圓錐的平均直徑取決于閥座的流通直徑(流量的大小) ，閥阻力的大小則取決于環隙的大小。

    目前國內市場上發展起來的有氣動薄膜角型多級調節閥，其典型的結構如圖4所示，它采用類似在長管道中放入幾個節流孔板以達到逐級降壓的目的。由于高壓液體在流過多節流孔的過程中，逐漸降壓，因此，每級的閥芯上只承擔一部分壓差(在設計上使其處于允許范圍之內) ，使節流后壓力在閥的部分高于液體的飽合蒸汽壓力。從而，有效的避免汽蝕現象，防止由此引起的噪音、振動及其對調節閥的侵蝕。

圖4  調節閥典型結構

    ④ 改善安裝條件。在閥前或后安裝一個或多個限流板，吸收一些壓降，或者串聯安裝兩個以上的調節閥使每個閥上的壓降不超過△P允，上游閥可具有較大的壓降，串聯閥門的個數，由總壓降決定。△P允=Kc(Pl-Pv)

    當工藝系統仍在設計階段正在選擇閥門安裝位置時，如果已確定某個閥門將出現阻塞流，采用不同的位置如放在長管線的開頭而不是末端或放在較低的位置，這樣可以允許較高的入口壓力以消除阻塞流。 

    ⑤ 在液體中充以可壓縮的氣體避免汽泡的破裂。

    ⑥ 選擇適當的材質，以延長調節閥壽命。但是，至今尚未發現哪種材料能夠*抗汽蝕，一般認為，材料的硬度增加，抗氣蝕能力也隨著增加。

    4 結束語

    在許多應用場合，消除氣蝕作用所采取的各種措施都會受到其費用和復雜程度的限制，因此，調節閥的設計人員及應用工程技術人員其目標就是要把氣蝕強度限制在一個可接受或容許的范圍內，根據經驗及實際情況合理選擇閥門，生產廠須加速開發研制新型耐高差壓 ( 特別是較大口徑 ) 的防氣蝕產品，以滿足實際需求。與本產品相關論文：200X先導隔膜式水用減壓閥安裝要求