調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生氣蝕的原因及解決辦法

調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生氣蝕的原因及解決辦法一、概述調(diào)節(jié)閥作為自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的執(zhí)行部件,在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,其控制及通訊方式隨著計(jì)算機(jī)及總線新技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變,大大提高了控制的準(zhǔn)確度及可靠性。但在高溫高壓工況使用過程中,管道流體往往因設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝或工藝參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)仍蚨a(chǎn)生氣蝕,對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)件造成嚴(yán)重的損傷,同時(shí)引起整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)及噪聲,嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命及控制系統(tǒng)的精確性,給工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的隱患。二、閥門氣蝕原因氣蝕是材料在液體的壓力和溫度達(dá)到臨界值時(shí)產(chǎn)生破壞的一種形式。當(dāng)液體通過節(jié)流孔時(shí)，流體流道面積的縮小導(dǎo)致流速迅速增加，速度的增加，產(chǎn)生了速度和壓力之間的能量轉(zhuǎn)換，流體壓力下降。壓力在節(jié)流孔下游側(cè)附近達(dá)到最低值，這時(shí)其速度最大，壓力最小。當(dāng)該處的壓力Pvc低于液體蒸汽壓Pv且閥門下游壓力P2高于液體蒸汽壓Pv時(shí)，就會(huì)發(fā)生氣蝕。根據(jù)伯努利方程，流速越高壓力越小。根據(jù)熱力學(xué)原理，壓力小則液體的沸點(diǎn)降低，同時(shí)液體里能夠溶解的氣體也會(huì)變少。在某些流動(dòng)中，由于速度特別快，壓力迅速下降，導(dǎo)致液體中溶解的氣體析出，更進(jìn)一步液體會(huì)沸騰。這樣就產(chǎn)生了氣泡。氣泡會(huì)阻塞流動(dòng)，導(dǎo)致速度降低，壓力回升，于是氣體變成了液體，氣泡破解。沒有氣泡阻塞，則流體流速加快，又產(chǎn)生氣泡。如果調(diào)節(jié)閥出口的壓力仍低于液體的蒸汽壓力，氣泡將保持在調(diào)節(jié)閥的下游，我們就說過程發(fā)生了"閃蒸"。閃蒸對(duì)調(diào)節(jié)閥的閥芯會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷破壞，其特點(diǎn)是受沖刷表面有平滑拋光的外形，如圖所示。沖刷嚴(yán)重的地方一般是在流速高處，通常位于閥芯和閥座環(huán)的接觸線上或附近。位莊辦恢菱高和｛氐煉更閥門的玉力位莊辦恢菱高和｛氐煉更閥門的玉力情況比較氣謹(jǐn)破壞的典型竽形這種循環(huán)往復(fù)會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力波動(dòng)對(duì)于材料表面特別容易產(chǎn)生疲勞，并導(dǎo)致設(shè)備損壞。氣蝕分為閃蒸和空化兩個(gè)階段。物質(zhì)的沸點(diǎn)隨著壓力的增大而升高，飽和高壓液體減壓后其沸點(diǎn)降低，這時(shí)液體溫度高于減壓后壓力下的沸點(diǎn)，迅速沸騰汽化。a)閃蒸就是指高壓的飽和液體進(jìn)入經(jīng)過減壓后由于壓力的突然降低使得這些飽和液體變成一部分的減壓后壓力下的飽和蒸汽和飽和液，產(chǎn)生氣泡；b)而當(dāng)下游液體壓力又升回來且高于飽和壓力時(shí)，升高的壓力壓縮氣泡，使其破滅，氣泡形成、發(fā)展和破滅的過程稱為空化。三、閥門氣蝕危害在空化過程中飽和氣泡不再存在，而是迅速爆破變回液態(tài)，由于氣泡的體積大多比相同的液體體積大，所以說氣泡的爆破是從大體積像小體積的轉(zhuǎn)變。氣蝕過程中氣泡破裂時(shí)所有的能量集中在破裂點(diǎn)上，產(chǎn)生幾千牛頓的沖擊力，沖擊力的壓力高達(dá)2000Mpa，大大超過了大部分金屬材料的疲勞破壞極限。閃蒸產(chǎn)生侵蝕破壞作用，在零件表面形成光滑的磨痕，而氣蝕如果砂子噴在零件表面一樣，將零件表層撕裂，形成粗糙的渣孔般的外表面。在高壓差惡劣條件下，容易造成閥內(nèi)件損壞，發(fā)生泄漏，同時(shí)氣蝕過程中，空化時(shí)氣泡破裂釋放出巨大的能量，引起內(nèi)部零件的振動(dòng)，產(chǎn)生高達(dá)10KHZ的噪聲，氣泡越多，噪聲越嚴(yán)重。當(dāng)液體流過閥座通孔或節(jié)流孔時(shí)，會(huì)突然加速、氣化和膨脹，在管路中產(chǎn)生紊流、振動(dòng)和動(dòng)力噪聲。氣蝕氣泡的破裂是噪聲的主要來源，通常有氣蝕就有噪聲，噪聲量直接與氣蝕程度有關(guān)。因此，氣蝕對(duì)調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)管路的影響相當(dāng)大。四、氣蝕解決方法避免閥門氣蝕，有如下幾種方法：通過控制壓力降來消除氣蝕從而防止破壞。如果通過閥門的壓力降經(jīng)過控制而使得局部壓力不會(huì)低于蒸汽壓力，那么蒸汽氣泡就不會(huì)形成，沒有蒸汽氣泡的破裂，也就不會(huì)產(chǎn)生氣蝕。為了消除氣蝕，可使用多級(jí)降壓內(nèi)件，把通過閥門的壓降分成數(shù)個(gè)較小的壓降，每一個(gè)較小壓降都確保其縮流斷面處的壓力大于蒸汽壓力，因此沒有蒸汽氣泡會(huì)形成。第二種方法不是消除氣蝕，而是像閃蒸的解決方法一樣盡可能減小或隔離其破壞。這種方法的目標(biāo)是把氣蝕與閥內(nèi)表面隔離開來，并硬化那些會(huì)受到氣蝕沖擊的表面。以某種方式改變工藝系統(tǒng)以防止氣蝕產(chǎn)生的原因。如果能將上圖中閥門出口壓力P2升高以致于縮流斷面處的壓力不會(huì)降到蒸汽壓力Pvc以下，也就是說閥門不再被阻塞，那么氣蝕就可以避免了。將閥門移到下游處有較高靜壓頭的位置可以提高P2的值。增加一個(gè)限流孔板或類似的背壓裝置也能升高閥門的P2值；下游存在把氣蝕從閥門轉(zhuǎn)移到限流孔板處的潛在的可能性。五、結(jié)論總而言之，在調(diào)節(jié)閥裝置中，尤其是高壓差的場(chǎng)合，氣蝕和閃