避免閥門的汽蝕損害 判斷閥門汽蝕損害的三種方法|資料

本文比較分析了三種控制閥汽蝕損害的診斷方法，建議在閥門選型時(shí)，充分利用法則，控制出口流速，避免或降低閥門的損壞程度。

　　控制閥在流體工業(yè)中發(fā)揮著重大作用。如今，隨著裝置節(jié)能減排、提高效益、連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行、減少控制閥備件、快速的售后服務(wù)響應(yīng)等要求的逐步提高，用戶愈來愈重視如何優(yōu)化、選擇及使用控制閥這一問題。這是由于控制閥在裝置中扮演執(zhí)行器的角色，直接決定著裝置的運(yùn)行狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因控制閥自身故障而導(dǎo)致裝置停車的比例高達(dá)65%，控制閥選型的好壞也決定了其生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

　　回顧近5年來，控制閥技術(shù)發(fā)展迅速，一些世界領(lǐng)先級(jí)控制閥廠家紛紛推出了在特殊情況下應(yīng)用的閥門，例如耐高溫、高壓差、汽蝕、閃蒸、部分顆粒介質(zhì)磨蝕、高噪音等工況；同時(shí)，智能診斷型定位器陸續(xù)問世，通過定位器可以對(duì)閥門進(jìn)行良好的實(shí)時(shí)檢測(cè)、提供維護(hù)報(bào)警信息、優(yōu)化閥門使用。毋庸置疑，上述技術(shù)的提高，大大保證了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，減少了許多薄弱環(huán)節(jié)。但是我們?nèi)绾尾拍苷_計(jì)算選擇并使用閥門呢？

　　根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)可知，在苛刻工況中，汽蝕經(jīng)常造成閥門內(nèi)件損壞，并伴有高噪音、內(nèi)件振動(dòng)、阻塞流等情況發(fā)生，在閥門計(jì)算選型時(shí)，如何減小、避免汽蝕的發(fā)生至關(guān)重要。目前，閥門制造商對(duì)汽蝕的評(píng)估方法不盡相同，本文圍繞KE法、δ法和XFz法，主要針對(duì)如何減少、避免汽蝕和閥門的正確選型應(yīng)用進(jìn)行了分析。

　　控制閥汽蝕

　　控制閥汽蝕現(xiàn)象是指介質(zhì)流經(jīng)閥內(nèi)腔縮流處時(shí)，流速最大，壓強(qiáng)能最低，如果這時(shí)的壓力低于介質(zhì)的飽和蒸汽壓，液體氣化，部分轉(zhuǎn)變成含蒸汽或氣體的氣泡；當(dāng)介質(zhì)流過縮流處后，壓力升高，如果超過飽和蒸汽壓值，汽泡發(fā)生破裂，重新由氣(汽)相變?yōu)橐合?，這個(gè)過程稱為汽蝕或空化(Cavitation)(如圖1)。當(dāng)汽泡爆裂時(shí)，噴射釋放巨大的能量，并產(chǎn)生振動(dòng)波，實(shí)驗(yàn)證明，150μm直徑的汽泡破裂，液滴噴射速度達(dá)到400km/h，產(chǎn)生的瞬間爆破壓力可達(dá)數(shù)千公斤，對(duì)閥內(nèi)件表面造成嚴(yán)重沖擊和侵蝕磨損(圖2)，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致劇烈振動(dòng)和高噪音、阻塞流的發(fā)生。出現(xiàn)嚴(yán)重汽蝕時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)，閥內(nèi)件將被損壞或者閥門的工作特性將發(fā)生改變。

　　閥門學(xué)者從微觀學(xué)角度通過水做實(shí)驗(yàn)用數(shù)學(xué)模型證明了上述汽蝕過程，其中汽泡壓力平衡方程式為：

　　Pg+Pv=2α/R+P

　　R為汽泡的當(dāng)量半徑，α為轉(zhuǎn)換常數(shù)，2α/R代表氣泡表面張力分量部分，Pg為汽泡內(nèi)蒸汽或氣體壓力，Pv是介質(zhì)飽和蒸汽壓，P代表汽泡所處環(huán)境壓力。其中，Pg和R是汽泡內(nèi)所含氣體、蒸汽含量以及汽泡體積大小的變量，這些參數(shù)的引入表明，當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)由穩(wěn)定變?yōu)榱鬟^閥門內(nèi)腔縮流處變成湍流不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，介質(zhì)分子或液滴表面張力趨勢(shì)的變化，通常流體由穩(wěn)態(tài)到不穩(wěn)定湍流流動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)，分子表面張力要有一個(gè)數(shù)量級(jí)的降低。R則代表了汽泡在破裂前體積膨脹的變化過程。從微觀公式中不難看出：在一定溫度、壓力條件下，汽泡所處外部壓力和介質(zhì)飽和蒸汽壓是導(dǎo)致汽泡破裂、產(chǎn)生汽蝕的主要參數(shù)指標(biāo)。