如（rú）何防止閥門的閃蒸與空化？

2024-07-06 瀏覽量：3564

經常（cháng）可以看到調節閥、減壓閥等節流閥的閥（fá）瓣和閥（fá）座等零件內部產生磨痕、深（shēn）溝及（jí）凹坑,這（zhè）些大多是由汽蝕引（yǐn）起的。

    汽蝕是材料在液體的壓力和溫度達到臨界值時產（chǎn）生（shēng）的一種破壞（huài）形式,分為閃蒸和空（kōng）化兩個階段。

    閃蒸是一種非常快速的轉變過程,當流體流經調節閥時,由（yóu）於閥座和閥瓣形成（chéng）局部收縮的流通麵積,產生局部阻力,使流體的壓力和（hé）速度發生（shēng）變化。

    當壓力（lì）為P1 的流體流經節流孔時,流速突然急劇增加,靜壓驟然下降,當孔後壓力P2 在達到該流體所在情況下（xià）的飽和蒸汽（qì）壓力Pv前,部分流體汽化成氣（qì）體,產生氣泡,形成（chéng）氣液兩相共存現象,稱為閃（shǎn）蒸階段,可（kě）見它是一種係（xì）統現象。

    調節閥不能避（bì）免閃蒸的產生,除非係統條件改變。而當（dāng）閥（fá）門中液體的下（xià）遊壓（yā）力又（yòu）升回來,且高於飽和壓力時,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（bǎo）和氣泡不再存在（zài）,而是迅速爆破變回（huí）液態。由於氣泡的體積大多比相同的液體體積大。所（suǒ）以說,氣泡的爆破是從大體積向小體積的轉變。

    汽蝕過程中氣泡破裂（liè）時所有的能量集中（zhōng）在破裂點上,產生幾千牛頓（dùn）的衝擊力,衝擊波的壓（yā）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（bù）溫度（dù）高達（dá）幾千攝氏度,這些過熱點引起的熱應力是（shì）產生汽蝕破壞作用的主要（yào）因素。

    閃蒸產生侵蝕（shí）破壞作用（yòng）,在零件表麵形成光滑的磨（mó）痕。如同砂（shā）子噴在零件表麵一樣,將零件表層撕裂,形成粗糙（cāo）的渣孔般的外表麵。在高壓差惡劣條件下,極硬（yìng）的閥瓣和閥座也會在很短時間內遭到破壞（huài）,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（pào）破裂（liè）釋放出巨大的（de）能（néng）量,引起內部（bù）零件（jiàn）的振動,產生高達10 kHz 的噪聲（shēng）,氣泡越多,噪（zào）聲越嚴重。

    防（fáng）止汽蝕破壞（huài）的（de）方法

    調節閥裏（lǐ）的閃蒸是不能（néng）預防的，所能做到的就是防（fáng）止閃蒸的破壞。在調節閥設計中影響著閃蒸破壞的因素主要有閥門（mén）結構、材料性能（néng）和係統設計。對於空化破壞,可以采（cǎi）用曲折路徑、多（duō）級減壓和多孔節（jiē）流的（de）閥門結構形式予（yǔ）以防止。

    （1）閥門結構

    雖然閥門（mén）結構與產生閃（shǎn）蒸無（wú）關（guān）,但是（shì）卻能抑製閃（shǎn）蒸的破壞。采用介質由（yóu）上（shàng）至下方向流動的角形閥結構比用球形閥體更能防（fáng）止閃蒸破壞。閃蒸破壞是高速度的飽和氣泡衝擊閥體（tǐ）表麵,並腐蝕閥體表麵造成的。由於角形閥中（zhōng）的（de）介質直接流向閥體內部下遊管道的中心,而不象球形閥一樣直接衝擊體壁,所以大大減弱了閃蒸的破壞力。

    （2） 材料（liào）選擇

    一般情況下（xià）,高硬度的材料更能抵禦閃蒸和空化的破壞。硬度高（gāo）的材料一般用於製造閥體。如電（diàn）力行業常選（xuǎn）用鉻鉬合金鋼閥門,WC9 是常用抗腐蝕的材料之一。如果角形閥下遊配（pèi）裝材料硬度高（gāo）的管道,其閥體可以選用碳鋼材料,因為僅僅在閥（fá）體下（xià）遊部分才有閃蒸液體。

    （3） 曲折路徑（jìng）

    使流動介質通（tōng）過一個含有曲折路徑的節流（liú）件是減小壓力恢複的一種方法。盡管這種曲折路徑可以有不同的形式,如（rú）小孔、放射狀的流路等。但是每一種設計的效果（guǒ）基本上是一樣的。這種曲折路徑在各種控（kòng）製汽蝕現象發生的部件設計中都是可（kě）以利用的。

    （4）多級減壓

    多（duō）級減（jiǎn）壓中的（de）每一級都消耗一部分能量,使得（dé）下一級（jí）的（de）入口壓力相對較低,減小（xiǎo）了下一級的壓差,壓力恢複低,避免了汽蝕（shí）的產生。一個成功的設計可以使閥（fá）門在承受較大壓差的同時還能保持縮流後的壓力高（gāo）於液體（tǐ）的飽和壓（yā）力,防止（zhǐ）液體汽蝕的產生。因此對於相同的壓力降,一級節流比多級節流更容易產生汽蝕。

    （5）多孔節（jiē）流設計

    多孔節流是一（yī）種綜合設計方案。采用特殊的閥座和閥瓣結構形式,使（shǐ）高速液體通過閥座和閥瓣每一點的壓力都高於該溫度下的飽和蒸汽壓,並采用匯聚（jù）噴射的方法,使調節閥中（zhōng）液體的動能由於相互摩擦而轉換成（chéng）熱能,從而減（jiǎn）少氣泡的形成。另一方（fāng）麵（miàn）,使氣泡的破裂發（fā）生在套筒中心,避免了對閥座和閥瓣表麵的直接破壞。