如何防止閥門（mén）的閃蒸與空化？

2024-07-06 瀏覽量：3566

經常可以（yǐ）看（kàn）到調節閥、減壓閥等節流閥的閥瓣和閥座等零件內部產生磨（mó）痕（hén）、深溝（gōu）及凹坑,這些大多是由（yóu）汽蝕引起的。

    汽蝕是材（cái）料在液體的（de）壓力和溫度達到臨界值時產生（shēng）的一（yī）種破（pò）壞形式,分為閃蒸和空化兩個階段。

    閃蒸是一種非常快速的轉變過程,當（dāng）流體流經（jīng）調節閥時,由於閥座和閥瓣形成局部收縮的流通麵積,產生局部阻力,使流體的壓（yā）力和速度發生變（biàn）化。

    當（dāng）壓力為（wéi）P1 的流體流經節流孔（kǒng）時,流速突然急劇增加,靜壓驟然下降,當孔（kǒng）後壓力P2 在達到（dào）該流體（tǐ）所在情況下的飽和蒸汽壓力Pv前,部分（fèn）流（liú）體汽化成氣體,產生氣泡,形成氣液兩相共存現象,稱為閃蒸階段,可見它是一種係統現象。

    調節閥不（bú）能避免閃蒸的產（chǎn）生,除非係（xì）統條（tiáo）件改變。而當閥門中液體的下遊（yóu）壓力又升回來,且高於飽和壓（yā）力（lì）時,升高的壓力壓縮氣泡,使之突然破裂,稱為空化階段。在空化過程中飽和氣泡（pào）不再存在,而是（shì）迅速爆（bào）破變回液態。由於氣泡的（de）體積大多比相同的液（yè）體（tǐ）體積大。所（suǒ）以（yǐ）說,氣泡的爆（bào）破是從大體積（jī）向小體積的轉變。

    汽蝕過程中氣泡（pào）破裂時所有的能量集（jí）中在（zài）破裂點上,產生幾千牛頓的衝擊力,衝擊波的壓力高達2 ×103 MPa ,大大超過了大部分金屬材料的疲勞破壞極限。同時,局部溫度（dù）高達幾千攝氏度,這些過熱點引起的（de）熱應力是產生汽蝕破壞作用的主要因素。

    閃蒸（zhēng）產生侵（qīn）蝕破壞作用,在（zài）零件（jiàn）表麵形成光滑的磨痕。如同砂（shā）子噴在（zài）零件表麵一樣,將零（líng）件表層撕裂,形成粗糙的渣孔般的外表麵。在高壓差惡劣條件下（xià）,極硬（yìng）的閥瓣和閥座（zuò）也會在（zài）很短時間內遭到破壞,發生泄（xiè）漏,影響閥門的使用性能。同時汽蝕過程中,空化時氣泡破裂釋放出巨大的能量,引起內（nèi）部零件（jiàn）的振動,產生高達10 kHz 的噪聲,氣泡越多,噪聲越嚴重。

    防止汽蝕破壞的方法

    調節閥裏（lǐ）的閃蒸是不能預防的，所能做到的就（jiù）是防（fáng）止閃蒸（zhēng）的破壞（huài）。在調節閥（fá）設計中影響著閃蒸破壞的（de）因素主（zhǔ）要有閥（fá）門結構、材料性能和係統設計。對於空化破壞,可以采用曲折路徑、多級減壓和多孔節（jiē）流的閥門（mén）結構形式予以防（fáng）止。

    （1）閥門結（jié）構

    雖然閥門結（jié）構與（yǔ）產生閃蒸無關,但是卻能抑製閃蒸的破壞。采用介質由上（shàng）至下（xià）方向流動的角形閥結（jié）構比用球形閥體更能防止（zhǐ）閃蒸破壞。閃蒸破（pò）壞是高速度的飽和氣泡衝（chōng）擊閥體表麵,並腐蝕閥體表麵造（zào）成的。由於角形閥（fá）中的介質直接流向閥體內部下遊管（guǎn）道的中（zhōng）心,而不象球形閥一（yī）樣直接衝擊體壁,所以大（dà）大（dà）減弱了（le）閃蒸的（de）破壞力。

    （2） 材料選擇

    一般（bān）情況下,高硬度的材料（liào）更能抵禦閃（shǎn）蒸和空化的破壞。硬度高的材料一般用於製（zhì）造閥體。如（rú）電力行業常選用鉻鉬合金鋼閥門,WC9 是常用（yòng）抗腐蝕的（de）材（cái）料之（zhī）一。如果角形閥下遊配裝材料硬度高的管道,其閥體可以選用碳鋼材（cái）料,因為僅僅在閥體下遊部分才有閃蒸液體。

    （3） 曲折路徑

    使（shǐ）流動介質通過一個含有曲折路（lù）徑的節流件是減小（xiǎo）壓力（lì）恢（huī）複的（de）一種方法。盡管這（zhè）種曲折路徑可（kě）以有不同的形式,如小孔、放射狀（zhuàng）的流路等。但是每一種設計的效（xiào）果基本上是一樣的。這種曲折路徑（jìng）在各種控（kòng）製汽（qì）蝕現象（xiàng）發生的部件設計中都是可以利用的（de）。

    （4）多級減壓

    多級減壓（yā）中的每一級都（dōu）消（xiāo）耗一部分能量（liàng）,使得下一級（jí）的入口壓力相對較低,減小了下一級的壓差,壓力恢複低,避免了汽蝕的產（chǎn）生。一個成功的設（shè）計（jì）可以使閥門在承受較大壓（yā）差（chà）的同時還（hái）能保持縮（suō）流後的壓力高於（yú）液體的飽和壓力,防止液體汽蝕（shí）的產生。因此對於相（xiàng）同的壓力降,一級節流比多級節流更容易產生（shēng）汽蝕。

    （5）多（duō）孔節流（liú）設計

    多孔節流（liú）是一種綜合設計（jì）方案。采用特殊的閥座和閥瓣結構形（xíng）式,使高（gāo）速液體通過閥座和閥瓣每一點的壓力都（dōu）高於該溫度下的飽和蒸（zhēng）汽壓,並采用匯（huì）聚噴射的方法,使調節閥中液體的動能（néng）由於相（xiàng）互摩（mó）擦而轉換（huàn）成（chéng）熱能,從而減少（shǎo）氣泡的形成。另一方麵,使氣泡的破裂發生在套筒中心,避免了對閥座（zuò）和閥瓣表麵的直接破壞。