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反汽蚀高压工况条件下的调节阀选型

发表时间:2010-10-17 18:48:08 作者: 点击数:

    通常在管道额定压力或者是压差PN≥10MPa的阀被称为高压阀。高压阀使用中的主要问题是寿命问题(大压差下出现的汽蚀、闪蒸、冲蚀等物理现象对阀内杆的破坏)。一般结构的阀在高压条件下仅可使用1~2个月,为了解决高压阀寿命短的问题,国内外的厂家均作了很大的努力,分别在材料和结构上做了大量的探索,产生了多级式高压阀、迷宫式高压阀和单座套筒负荷式高压阀等。其目的只有一个,通过减轻汽蚀、冲蚀、闪蒸等物理现象对阀的破坏,来提高高压阀的使用寿命。
    一.阀寿命短的原因
    致使高压阀的使用寿命短的原因主要有两个:汽蚀、冲蚀。
    闪蒸、汽蚀:如果上的压差(P1-P2)大于了介质的最高饱和压差(△Pmax),那么就会产生闪蒸,由此再产生汽蚀,并对内部及相邻近的管道结构造成破坏。
介质通过截面最小的节流口时流速是最高的。流速(或动能)的增加伴随着压力(或势能)的大大降低。当压力低于介质饱和蒸汽压时,气泡就会在介质中形成。随着节流口处压力的进一步下降,气泡会大量形成。在此阶段闪蒸和汽蚀之间没有本质的差别,但是对的结构破坏的可能性却是肯定存在的。
    闪蒸、冲蚀:如果介质通过节流口后,压力仍低于介质饱和蒸汽压力。气泡将保留在节流口后的流体中,我们称之为闪蒸。闪蒸对阀门的阀芯会产生严重的冲刷破坏,其优点是受冲刷的表面有平滑抛光的外形,冲刷破坏最严重的地方一般是流速最大的地方,通常位于阀芯和阀座的接触线上或附近。尤其是在小开度,节流间隙小,流速高的环境下,冲蚀破坏也最严重。因此,高压阀应尽量避免小开度工作。再好的阀门,若长期处于小开度工作,其寿命将成倍减小。要避免小开度工作,关键在计算、选型,这是设计院和用户要倍加注意的。
    汽蚀:另一方面,如果介质流经节流口后,介质压力恢复到介质饱和蒸汽压力以上时,气泡就会破裂或向内爆炸,从而产生汽蚀。蒸汽气泡破裂释放出的能量会慢慢撕裂材质,留下蜂窝状的小孔。汽蚀的破坏用途可能会延伸到邻近的下游管道。显而易见,从压力恢复系数来看,高恢复比较容易发生汽蚀,因为它的节流口后的压力更有可能升至介质饱和蒸汽压之上。
    闪蒸与汽蚀、冲蚀之间的关系:小开度工作时,节流口流速更快,压力更低,介质中气泡含量更多,因此,此时闪蒸破坏更严重,冲刷破坏是主要矛盾。在大开度工作时,主要矛盾是系统压力恢复到饱和压力以上时造成的汽蚀破坏。所以,用户在使用高压阀时应尽量避免小开度工作,生产厂家制造的高压阀必须有较好的反汽蚀措施,否则,阀很快就会因汽蚀、冲蚀用途而破坏。
    二.一种成熟的反汽蚀高压阀
    现在使用最多的高压阀从结构上划分主要为多级式高压阀、迷宫式高压阀和单座套筒负荷式高压阀等几类。从使用情况看,它们各有优势,但多级式和迷宫式高压阀内部结构比较复杂,备品备件准备及更换较难,使用上很不方便。故单座套筒负荷式高压阀较之前面两种高压阀更为理想。此单座套筒负荷式高压阀采用的是“孔板+单座阀+套筒阀”三级节流结构。如下所示:
    ★一次节流:接管缩径。相当于孔板节流,约占总压降的10%
    ★二次节流:单座节流(主节流)。单座阀结构,约占总压降的30%
    ★三次节流:套筒节流。套筒结构,约占总压降的60%
    此三级节流结构,将通过的压降分成数个较小的压降,每个较小压降都确保其节流面最小处的压力大于饱和蒸汽压力,避免或减轻闪蒸效应对阀的破坏用途。同时用小孔喷射型结构的套筒节流件取代常规的“导向衬套+阀座”方式,可以彻底根治导向衬套易松落的问题,同时小孔喷射节流结构可以减少抗流对阀芯座的单边局部破坏用途,降低节流噪音。因为小孔喷射方式承受了阀节流压降的大部分(约60%),可以将汽蚀破坏用途由阀座迁至小孔,保护了密封面,提高了阀使用寿命,可达普通高压差阀的2~3倍。
    三.反汽蚀措施
    1) 采用硬度与韧性及综合性能更好的耐汽蚀、抗冲刷的材质。
    2) 可在阀内设阻力,达到较好的降压效果。
    3) 防止小开度工作,降低冲刷流体的速度。
    4) 选择流体方式改变尽可能小的阀门,如直行程角形阀来减小颗粒冲击用途。
    5) 挠流会造成局部严重冲蚀,应采用分散扰流的方法来克服。
    6) 采用多级节流结构,将通过的压降分成数个较小的压降来提高阀的使用寿命。
    7) 增大阀杆通径,提高阀杆刚度,防止断裂。
    8) 大直径、大压差时,应配强力活塞式执行器。
    四.使用注意事项
    1) 防止小开度工作是关键,小开度工作会成倍地缩短寿命。选型遇到这类情况时,应缩小DN或dg;
    2) 对大直径阀,必须仔细计算不平衡力,选好执行器和弹簧范围,防止阀关不到位。
    3) 对直径小、压差又特别大的阀,备好节流件,以便需要时及时换上。
    4) 对压差特大的阀,从安全角度考虑,宜选用流开型阀(底进侧出)。

来源:格莱特控制阀

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