补充阀门气蚀:
一、阀门气蚀原因
气蚀是液体压力和温度达到临界值时破坏材料的一种形式。
当液体通过节流孔时,流体流道面积的缩小导致流速快速增加,速度增加,产生速度与压力之间的能量转换,流体压力下降。当压力达到节流孔下游侧附近的较低值时,压力较大,压力较小。当压力在这个地方时Pvc 低于液体蒸汽压Pv 阀门下游压力P2 高于液体蒸汽压Pv 会发生气蚀,见下图 。
气蚀分为闪蒸和空化两个阶段。随着压力的增加,物质的沸点增加,饱和高压液体的沸点减少,液体温度高于压力下的沸点,迅速沸腾和蒸发。
a) 闪蒸是指由于压力突然降低,这些饱和液体进入高压饱和液体,在压力下成为饱和蒸汽和饱和液的一部分,产生气泡;
b) 当当下游液体压力上升并高于饱和压力时,压缩气泡会破裂。气泡的形成、发展和破裂过程称为空化。
二、阀门气蚀危害
在空化过程中,饱和气泡不再存在,而是迅速爆炸回液体。由于气泡的体积大多大于相同的液体体积,气泡的爆炸从大体积变为小体积。
气蚀过程中气泡破裂时,所有能量集中在破裂点上,产生数千牛顿的冲击力,冲击压力高达2万Mpa,大大超过了大多数金属材料的疲劳损伤极限。闪蒸产生腐蚀损伤,在零件表面形成光滑的磨痕,如果砂喷在零件表面,撕裂零件表面,形成粗糙的渣孔外表面,如下图所示。
在高压差恶劣的情况下,容易造成阀门内部件损坏和泄漏。同时,在空化过程中,气泡破裂释放出巨大的能量,导致内部部件振动,产生高达10个KHZ气泡越多,噪音越严重。
当液体通过阀座通孔或节流孔时,会突然加速、气化和膨胀,在管道中产生湍流、振动和动力噪声。气蚀气泡的破裂是噪声的主要来源,通常有气蚀,直接与气蚀程度有关。因此,气蚀对调节阀系统管道的影响相当大。
三、气蚀解决方法
有以下方法可以避免阀门气蚀:
(1) 通过控制压降消除气蚀,防止损坏。如果局部压力通过阀门压降控制而不低于蒸汽压力,蒸汽气泡就不会形成,没有蒸汽气泡破裂,就不会产生气蚀。为了消除气蚀,可以使用多级降压内件将通过阀门的压降分为几个较小的压降。每个较小的压降都保证其缩流段的压力大于蒸汽压力,因此不会形成蒸汽气泡。
(2) 第二种方法不是消除气蚀,而是尽量减少或隔离闪蒸解决方案中的损坏。该方法的目标是将气蚀与阀内表面隔离,硬化会受到气蚀冲击的表面。
(3) 以某种方式改变工艺系统,防止气蚀。如果上图中的阀门出口压力可以,P2 升高,使收缩截面的压力不会降低到蒸汽压力Pvc下面,也就是说,如果阀门不再堵塞,可以避免气蚀。
将阀门移到下游高静压头的位置可以改善P2 值。增加限流孔板或类似的背压装置也可以增加阀门P2 值;下游有可能将气蚀从阀门转移到限流孔板。
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