調(diào)節(jié)閥汽蝕現(xiàn)象的分析與控制

1、調(diào)節(jié)閥汽蝕現(xiàn)象的分析與控制調(diào)節(jié)閥汽蝕現(xiàn)彖的分析與控制摘要:分析了汽蝕的產(chǎn)生原因和給調(diào)節(jié)閥帶來(lái)的影響與危害，介紹了有效防止汽蝕破壞閥門的方法，以延 長(zhǎng)閥門的使用壽命,保證閥門的可靠性能。 關(guān)鍵詞:調(diào)節(jié)閥，汽蝕，閃蒸，飽和圧力，壓差1 概述在很多有水力機(jī)械的地方，經(jīng)常可以看到調(diào)節(jié)閥、減壓閥等節(jié)流閥的閥瓣和閥座等零件內(nèi)部產(chǎn)生解痕、深 溝及凹坑,這些大多是由汽蝕引起的。汽蝕是一種水力流動(dòng)現(xiàn)象,這種現(xiàn)彖既能引起調(diào)節(jié)閥流通能力kv減 小，乂能產(chǎn)生噪音、振動(dòng)及對(duì)設(shè)備的損害，進(jìn)而嚴(yán)重影響閥門的使用性能和壽命。因此控制和降低調(diào)節(jié)閥受 汽蝕的影響是閥門設(shè)汁和使用時(shí)耍考慮的問題z。2 汽蝕和閃蒸汽蝕是材料在液體的壓

2、力和溫度達(dá)到臨界值時(shí)產(chǎn)生的一種破壞形式,分為閃蒸和空化兩個(gè)階段。閃蒸是一 種非常快速的轉(zhuǎn)變過程，當(dāng)流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，山于閥座和閥瓣形成局部收縮的流通面積，產(chǎn)生局部阻力，使 流體的壓力和速度發(fā)生變化（見圖1）。當(dāng)壓力為p1的流體流經(jīng)節(jié)流孔時(shí)，流速突然急劇増加，靜壓驟然下 降，當(dāng)孔后壓力p2在達(dá)到該流體所在情況下的飽和蒸汽壓力pv前，部分流體汽化成氣體，產(chǎn)生氣泡,形成氣 液兩相共存現(xiàn)象,稱為閃蒸階段，可見它是一種系統(tǒng)現(xiàn)彖。調(diào)節(jié)閥不能避免閃蒸的產(chǎn)生,除非系統(tǒng)條件改變。 而當(dāng)閥門屮液體的下游壓力又升回來(lái)，且高于飽和壓力時(shí)，升高的壓力壓縮氣泡，使z突然破裂，稱為空化階 段。在空化過程中飽和氣泡不再存在，

3、而是迅速爆破變回液態(tài)。由丁氣泡的體積大多比相同的液體體積大。 所以說(shuō)，氣泡的爆破是從人體積向小體積的轉(zhuǎn)變?？栈?種從液態(tài)-飽和-液態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，它不同于閃 蒸現(xiàn)象。汽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，沖擊波的壓力高達(dá)2 x103 mpa，大大超過了大部分金屬材料的疲勞破壞極限。同i寸，局部溫度爲(wèi)達(dá)幾千攝氏度，這些過熱點(diǎn)引起的熱應(yīng) 力是產(chǎn)生汽蝕破壞作用的主要因素。閃蒸產(chǎn)生侵蝕破壞作用，在零件衣而形成光滑的磨痕。汽蝕如同砂子噴 在零件農(nóng)面-樣，將零件表層撕裂，形成粗糙的渣孔般的外農(nóng)面。在高壓差惡劣條件下，極硬的閥瓣和閥座也 會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)遭到破壞，發(fā)生泄漏，影響閥

4、門的使用性能。同時(shí)汽蝕過程中，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)10 khz的噪聲，氣泡越多,噪聲越嚴(yán)重。3 防止汽蝕破壞的方法調(diào)節(jié)閥里的閃蒸是不能預(yù)防的。所能做到的就是防止閃蒸的破壞。在調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)屮影響著閃蒸破壞的因 索主耍有閥門結(jié)構(gòu)、材料性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)丁空化破壞,可以采用曲折路徑、多級(jí)減壓和多孔節(jié)流的閥門 結(jié)構(gòu)形式予以防止。1）閥門結(jié)構(gòu)。雖然閥門結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生閃蒸無(wú)關(guān),但是卻能抑制閃蒸的破壞。采用介質(zhì)山上至下方向流動(dòng)的角形閥結(jié)構(gòu)比用 球形閥體更能防止閃蒸破壞。閃蒸破壞是高速度的飽和氣泡沖擊閥體衣而，并腐蝕閥體衣而造成的。由于角 形閥中的介質(zhì)直接流向閥體內(nèi)部下游管

5、道的中心，而不象球形閥一樣直接沖擊體壁，所以大大減弱了閃蒸的 破壞力。2）材料選擇。-般情況下，高硬度的材料更能抵御閃蒸和空化的破壞。硬度高的材料-般用于制造閥體。如電力行業(yè)常 選用餡鉗合金鋼閥門,wc9是常用抗腐蝕的材料z。如果角形閥下游配裝材料硬度髙的管道，其閥體可以 選用碳鋼材料，因?yàn)閮H僅在閥體卜-游部分才有閃蒸液體。3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)。閃蒸現(xiàn)彖是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)所決定的，圖2為加熱排水閥將閃蒸水排向冷凝器的系統(tǒng)。圖2a）的閃蒸出現(xiàn)在 調(diào)節(jié)閥與冷凝器z間的管道里,閃蒸破壞只會(huì)出現(xiàn)在這個(gè)區(qū)域。圖2b）的閃蒸現(xiàn)彖產(chǎn)生在閥門的下游和冷凝 器屮。所以冷凝器相對(duì)于管道來(lái)說(shuō)必須具冇更大的容積，以防止高速度的氣泡

6、沖擊材料表血。因此良好的系 統(tǒng)設(shè)計(jì)有助于防止閃蒸破壞的發(fā)生。4）曲折路徑。使流動(dòng)介質(zhì)通過一個(gè)含有曲折路徑的節(jié)流件是減小圧力恢復(fù)的一種方法。盡管這種illi折路徑可以有不同 的形式，如小孔、放射狀的流路等。但是每一種設(shè)計(jì)的效果棊本上是一樣的。這種曲折路徑在各種控制汽蝕 現(xiàn)象發(fā)生的部件設(shè)計(jì)中都是可以利用的。5）多級(jí)減壓。多級(jí)減壓屮的每一級(jí)都消耗一部分能量,使得下一級(jí)的入口斥力相對(duì)較低減小了下一級(jí)的壓差，斥力恢復(fù) 低,避免了汽蝕的產(chǎn)生。一個(gè)成功的設(shè)汁可以使閥門在承受較人壓差的同時(shí)述能保持縮流后的斥力窩于液體 的飽和壓力，防止液體汽蝕的產(chǎn)生。因此對(duì)于相同的壓力降，一級(jí)節(jié)流比多級(jí)節(jié)流更容易產(chǎn)生汽蝕。6）

7、多孔節(jié)流設(shè)計(jì)。多孔節(jié)流是一種綜合設(shè)計(jì)方案。采用特殊的閥座和閥瓣結(jié)構(gòu)形式，使高速液體通過閥座和閥瓣毎一點(diǎn)的壓 力都高于該溫度下的飽和蒸汽壓，并采用匯聚噴射的方法,使調(diào)節(jié)閥屮液體的動(dòng)能山于相互摩擦而轉(zhuǎn)換成熱 能，從而減少氣泡的形成。另一方面，使氣泡的破裂發(fā)生在套筒屮心，避免了對(duì)閥座和閥瓣表面的直接破壞。每種不同的小孔設(shè)計(jì)都影響著閥門的壓力恢父程度。圖3a）薄形金屬板式結(jié)構(gòu)流通效率最差，但壓力恢復(fù) 系數(shù)km值較拓，具有較低的壓力恢復(fù),不易產(chǎn)生汽蝕。圖3b）厚形金屈板式結(jié)構(gòu)流通能力較爲(wèi)，但壓力恢復(fù) 系數(shù)km值較低，易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。圖3c）復(fù)合式結(jié)構(gòu)是前兩種設(shè)計(jì)的綜合與平衡，不但冇較窩的流通能力 而且仍能保持校高的km值，從而具備較低的斥力恢復(fù)，避免了汽蝕現(xiàn)