控製閥產生氣蝕原因及解決方案

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控製閥產生氣蝕原因及解決方案控製閥在工業過程控製中起著重要的作用，但是在液體壓力或流量控製中常會遇到控製閥閃蒸和氣蝕的問題。氣蝕將在破壞控製閥和管線的材質，直接影響控製閥的使用壽命和工藝控製的安全。本文從控製閥閃蒸和氣蝕產生的原因分析入手，提出幾項避免控製閥產生氣蝕的方法。引超控翻閥氣蝕的原因，除了控製閥前後高壓差等係統劇定工況，主要為線性流量特性的控製閥在小開度時流量變化極大，在高壓差工況下小開度時抗氣蝕性能差，具體在該控製閥結構上存在以下不足：

  1、閥籠節流孔節流效果差
    閥籠節流孔直徑2 mm，單}L麵積3. 14 mmz，而節流孔遍布閥籠四周，數量39個，總流通麵積約122 mm2．而振動時．閥座密封麵間隙高度不足o．2 mm，閥座密封麵處直徑約p31 mm，總流通麵積不足6 mm'，控製閥小開度開啟時，受閥籠和閥杆間隙影響，閥籠底部一圈18個節流7L對節流的影響較大，通流麵積仍高於密封麵間隙，閥籠節流效果很差。
    2)閥芯頭部節流孔節流效果差
    節流孔直徑≠2 mm，單孔麵積3.14 mmz而節流孔遍布閥芯頭部四周，數量48個，總流通麵積約150 mm2，閥芯頭部靠近密封麵一圈12個節流孔對節流的影響較大．通流麵積仍遠高於密封麵間隙，節流效果很差，見圖7-16。


    圖7-16控製閥關閉接近全關時內件結構圖
    3)閥籠與閥座中心存在偏差
    閥籠中心靠閥蓋上的凸台定位，而閥座中心靠閥體定位，閥蓋和閥體配合軸線也有誤差，終閥籠和閥座中心偏差很難保證，閥芯與閥籠導向的間隙將無法保持均勻，控製閥功作過程中，流體在四周不均勻的通道中高速流動更容易產生氣蝕等現象。
    (4)控製閥的改進措施
    因NPS 2控製閥整體更換後，需要對相關管線進行高壓試驗，條件苛刻很難實現，決定改造控製閥內件來消除控製閥的振動。
    根據和控製閥製造廠家研究（該控製閥由美國DRESSER製造），決定改進控製閥的流量特性來消除振動，使控製閥在小開度時．閥門的流量十分微小，控製閥常開即可以滿足壓力維持的功能；另外因為控製閥在關閉過程中流量本身的變化很小，控製閥的密封麵處壓降和流量變化很小，控製閥能夠平穩開肩和關閉。
    對控製閥內部零件具體改進內容：
    ①在閥芯上加裝彈性密封環，當控製閥微小開度時，密封環起到一定的節流作用，使控製閥流量降低．使閥座處壓降減小，有利於消除振動現象；閥杆徑向受到彈性力的作用，能減小閥杆在徑向上的偏動，使流體在更均勻的間隙中流動，減緩紊流現象。
    ②對閥籠節流孔進行更改減少閥籠下部的節流孔數量．減小閥籠下部的節流孔直徑．使控製閥小開度流量降低。
    ③對閥芯頭部節流孔進行更改，減小閥芯頭部密封麵附近的節流孔數量、減小閥芯頭部密封麵附近節流7L的直徑，使控製閥小開度流冪降低．改進後的流量特性曲線如圖7 17所示。7-17控製閥改造後流量特性
    ④在閥座上增加邊緣凸台，凸台和閥籠緊密配合，能夠有效減緩控製閥產生振動時的振動強度；同時閥籠和閥廑保持同軸，能促進闊杆和閥座的同軸度。
    控製閥改造前後內部零件對比和改造前後閥芯外觀對比見圖7 18。
    (5)控製闊改進後的效果
    現場更換閥門2-63332-PC,V25的內部組件後，該控製閥小開度常開控製DC壓力，壓力控製平穩，選取改進後30 min的壓力曲線，改進前30 min的壓力曲線，壓力區間都為1_O MPa—l.1 MPa，對比兩條曲線可以發現，改進後控製閥處於全開狀態，避免了經常性的啟閉動作，可以大限度地避免振動現象的出現；改進前控製閥頻繁動作，易於導致振動現象出現，振動一旦出現，控製閥頻繁的開啟能對管道進行不斷的衝擊性的破壞。控製閥改造前後除氣冷凝器的壓力曲線見圖7 1 9。

控製閥在工業過程控製中起著重要的作用，但是在液體壓力或流量控製中常會遇到控製閥閃蒸和氣蝕的問題。氣蝕將在破壞控製閥和管線的材質，直接影響控製閥的使用壽命和工藝控製的安全。

2 氣蝕產生的原因

在一個大氣壓環境中，水在100℃時沸騰，水從液態轉化為氣態，整個水體內部不斷湧現大量氣泡，並逸出水麵。在常溫下(20℃)，若使壓強降低到水的飽和蜜桃视频免费看网站壓強2.4kPa(壓強)以下時，則水也沸騰。通常將這種現象稱為空化，以示和真正的沸騰相區別，此時水中的氣泡稱為空泡。常把在管道中由於低壓產生的空化叫做閃蒸。當管道中的空泡進入壓強較高的區域時將突然潰滅，空泡潰滅的時間僅是毫秒級，空泡在潰滅時形成一股微射流，局部壓強可達到800MPa，這會使壁麵材料疲勞損壞。這種現象99精品欧美一区二区蜜桃免费稱之為氣蝕或空蝕。

現以水為例說明控製閥產生氣蝕的原因。控製閥閥芯處截流，使過流斷麵減小，由1-1到2-2過流斷麵的總流伯努利方程：其中：z1為過流斷麵1-1的形心高度;z2為過流斷麵2-2的形心高度;g為重力加速度;p1為過流斷麵1-1的形心處的壓強(絕壓);p2為過流斷麵2-2的形心處的壓強(絕壓);υ1為過流斷麵1-1的形心處的流速;υ2為過流斷麵2-2的形心處的流速;Y為液體的重度;hL為總水頭損失。

因1-1和2-2的過流斷麵的形心位置於同一水平線上(若不在同一水平線上，因1-1到2-2距離較近可近似認為在同一水平線上)，即z1=z2，所以有，那麽p2=，隨著過流斷麵2-2的減小，將增大，γhL也將隨之增大，當增大到一定值時，p2將低於其所在溫度下的水的飽和蒸氣壓，這時水將氣化產生空泡(即閃蒸現象)。當含有空泡的水從過流斷麵2-2流至3-3時，由於過流斷麵突然增大，υ3將減少，那麽p3將大於水的飽和蒸氣壓，水中包含的空泡將被潰滅，這就是氣蝕。



3阻塞流的產生及影響

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所以上麵水頭損失的等式可變為

當控製閥開度不變的情況下，如果保持控製閥前壓力不變，當逐漸減少控製閥後壓力時，流過控製閥的流量將隨等比增大。但是當控製閥後壓力減小到一定數值時，閥前閥後差大於時，流過控製閥的流量不再隨等比而增大，這時的流態被稱為阻塞流。

阻塞流不一定會發生閃蒸(空化)或氣蝕現象，但閃蒸或氣蝕一定發生在阻塞流情況下，所以阻塞流是產生閃蒸或氣蝕的必要條件，如果避免了阻塞流的產生就從根本上避免氣蝕產生。GB/T17213.2標準中判斷是否為阻塞流的依據是Δp與之間的關係，當FFpv)時為非阻塞流，當時為阻塞流。

其中，Δp為控製閥上、下遊取壓口的壓力差p1-p2;p1為控製閥上遊取壓口的壓力(壓力);p2為控製閥下遊取壓口的壓力(壓力);FL為無附接管件控製閥的液體壓力恢複係數;FF為液體臨界壓力比係數;pv為入口溫度下液體的飽和蒸氣壓力(壓力);pc為熱力學臨界壓力(壓力)。

4避免氣蝕產生的方法

要從根本上避免氣蝕需避免阻塞流，根據阻塞流判斷公式可知，要為了使成立，應當減小Δp和FFpv，增大FL和p1;所以可以用以下幾種方法避免氣蝕的產生。

1)降低介質的飽和蜜桃视频免费看网站壓

根據GB/T17213.2說明，FF可由公式FF=0.96-0.28近似求得，且可知0.65

2)串聯控製閥

通過2個串聯的控製閥共同實現流量和壓力控製是避免氣蝕產生的有效方法。串聯的本質意義在於它減小了Δp。設2個串聯控製閥中第1個閥閥後壓力為pm，則對控製閥1來說Δp1=p1-pm，對控製閥2來說Δp2=pm-p2，Δp1=Δp2-Δp2。所以通過合理的選擇pm可以用兩個串聯的控製閥來替換一個會產生氣蝕的控製閥。

3)選擇控製閥的閥內件類型和流向

FL是無附接管件的液體壓力恢複係數。該係數表示阻塞流條件下閥體內幾何形狀對閥容量的影響。它定義為阻塞流條件下的實際大流量與理論上非阻塞流條件下的流量之比。係數FL可以由符合GB/T17213.9的試驗來確定。在GB/T17213.2中列出了幾種常用類型的控製閥的FL值。從表中99精品欧美一区二区蜜桃免费可知不同類型的控製閥的FL值不同，即使相同類型的控製閥，其閥內件類型不同或流向不同，其FL值也不相同。99精品欧美一区二区蜜桃免费通過選擇不同類型的控製閥，並選擇合適的閥內件類型和流向，來使FL較大，這樣也可以避免阻塞流的產生。如蝶閥的FL均小於0.7，球形柱塞型閥芯流開式控製閥的FL為0.9。

4)提高控製閥閥前閥後壓力

這裏所說的提高控製閥閥前閥後壓力，指的不是改變Δp的值，因為有時工藝狀況要求的Δp必須是某一數值，在這種情況下，提高控製閥閥前閥後壓力實際上就是改變控製閥的安裝位置。例如在長距離輸水路線上，如果在某一條線路上，必須完成Δp的壓降，如果控製閥安裝在終點附近，若終點要求壓力接近大氣壓力，那麽p1=Δp+p0(p0為大氣壓力)。但是如果99精品欧美一区二区蜜桃免费將控製閥的位置向上遊移動單位長度，由達西公式推導出，液體在單位長度上的壓力損失為其中：pL為壓力損失量;λ為沿程摩阻因數;l為管線長度;d為管線直徑;υ為管線內流體流速。所以，將控製閥位置上移後的閥前壓力可用p1=Δp+p0+pL表示，這樣就在Δp保持不變的情況下增大了閥前閥後的壓力，也可以避免阻塞流的產生，來防止氣蝕出現。



5)選擇多級控製閥

GB/T17213.17標準中提供了多級控製閥的計算方法。多級控製閥就像將多個串聯的控製閥做成一個控製閥一樣。同時，從GB/T17213.17標準可以看出，多級控製閥的液體壓力恢複係數FL≥0.97，所以在相同的壓力、壓差情況下也避免了氣蝕的產生。需要說明的是，使用多級控製閥時，阻塞流的判斷公式與普通控製閥不同，在GB/T17213.17標準。

5 結語

阻塞流是氣蝕產生的必要條件，本文列舉了多種方法來避免阻塞流的產生，從而避免產生氣蝕。在實際設計過程中，設計者應當根據工藝狀況和經濟投入情況選擇一種或多種方法並用的方式來避氣蝕產生。與本產品相關論文：斯派莎克蜜桃视频免费看网站99精品欧美一区二区蜜桃免费在化纖管路應用