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分析反汽蝕高壓調節閥的選型提示

分類:
技術專區
來源:
日期:
2011/03/30
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  通常PN≥16MPa的閥被稱為高壓閥。高壓閥使用中的主要問題是壽命問題(大壓差下出現的汽蝕、閃蒸、沖蝕等物理現象對閥內件的破壞)。一般結構的閥在高壓差條件下僅可使用1~2個月,為了解決高壓閥壽命短的問題,國內外的廠家均作了很大的努力,分別在材質和結構上做了大量的探索,形成了形形色色的產品,主要有多級式高壓閥、迷宮式高壓閥和單座套筒負荷式高壓閥等。其目的只有一個,通過減輕汽蝕、沖蝕、閃蒸等物理現象對閥的破壞,來提高高壓閥的使用壽命。在眾多結構中,華林公司按照“簡單就是美”的原則設計反汽蝕高壓閥,不僅結構簡單,維護方便,更主要是解決了高壓閥壽命短這一難題,在國內享有名氣。

  一、閥壽命短的原因致使高壓閥的使用壽命短的原因主要有兩個:汽蝕、沖蝕。閃蒸、汽蝕如果閥門上的壓差(P1-P2)大于了介質的最大飽和壓差(△Pmax),那么就會產生閃蒸,由此再產生汽蝕,并對閥門內部及相鄰近的管道結構造成破壞。介質通過截面最小的節流口時流速是最大的。流速(或動能)的增加伴隨著壓力(或勢能)的大大降低。當壓力低于介質飽和蒸汽壓時,氣泡就會在介質中形成。隨著節流口處壓力的進一步下降,氣泡會大量地形成。在此階段閃蒸和汽蝕之間沒有本質的差別,但是對閥門的結構破壞的可能性卻是肯定存在的。

  閃蒸、沖蝕:如果介質通過節流口后,壓力仍低于介質飽和蒸汽壓力。氣泡將保留在節流口后的流束中,我們稱之為閃蒸。閃蒸對閥門的閥芯會產生嚴重的沖刷破壞,其特點是受沖刷的表面有平滑拋光的外形。沖刷破壞最嚴重的地方一般是流速最高的地方,通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近。尤其是在小開度,節流間隙小,流速高的環境下,沖蝕破壞也最嚴重。因此,高壓閥應盡量避免小開度工作。再好的閥門,若長期處于小開度工作,其壽命將成倍減小。要避免小開度工作,關鍵在計算、選型,這是設計院和用戶要倍加注意的。

  閃蒸破壞的典型外形汽蝕:另一方面,如果介質流經節流口后介質壓力恢復到介質飽和蒸汽壓力以上時,氣泡會破裂或向內爆炸,從而產生汽蝕。蒸汽氣泡破裂釋放出能量,并產生一種類似于砂石流過閥門的噪音。如果氣泡在接近閥門內的固體表面破裂,釋放出的能量會慢慢撕裂材料,留下蜂窩狀的小孔。汽蝕的破壞作用可能會延伸到鄰近的下游管道。顯而易見,從壓力恢復系數來看,高恢復閥門比較容易發生汽蝕,因為它的節流口后的壓力更有可能升至介質飽和蒸汽壓之上。 氣蝕破壞的典型外形閃蒸與汽蝕、沖蝕之間的關系:小開度工作時,節流口流速更快,壓力更低,介質中氣泡含量更多,因此,此時閃蒸破壞更嚴重,沖刷破壞是主要矛盾。在大開度工作時,主要矛盾是系統壓力恢復到飽和壓力以上時造成的汽蝕破壞。所以,用戶在使用高壓差閥時應盡量避免小開度工作,生產廠家制造的高壓閥必須有較好的反汽蝕措施,否則,閥很快會因汽蝕、沖蝕作用而破壞。

  二、一種成熟的反汽蝕高壓閥現在使用最多的高壓閥從結構上劃分主要為多級式高壓閥、迷宮式高壓閥和單座套筒負荷式高壓閥等幾類。從使用情況看,它們各有優勢,但多級式和迷宮式高壓內部結構比較復雜,備品備件準備及更換較難,使用上很不方便。針對這些情況,華林公司開發了單座負荷式精小型反汽蝕高壓閥。該產品備品備件簡單,更換維修方便,很好地解決了上述難題。1992年該產品獲得了國家專利(專利號:ZL 92 2 20633.3)。(該反汽蝕高壓閥采用的是“孔板+單座閥+套筒閥”三級節流結構:

  ●一次節流--接管縮徑(①處)相當于孔板節流,約占總壓降的10%。

  ●二次節流--單座節流(主節流、②處)單座閥的結構,約占總壓降的30%。

  ●三次節流--套筒節流(③處)套筒結構,約占總壓降的60%。

  氣動薄膜反汽蝕高壓閥“孔板+單座閥+套筒閥”三級節流結構,將通過閥門的壓降分成數個較小的壓降,每個較小壓降都確保其節流面最小處的壓力大于飽和蒸汽壓力,避免或減輕閃蒸效應對閥的破壞作用。同時用小孔噴射型結構的套筒節流件取代常規的“導向襯套+閥座”方式,可以徹底根治導向襯套易松落的問題,同時小孔噴射節流結構可以減少抗流對閥芯座的單邊局部破壞作用,降低節流喑音。因為小孔噴射方式承受了閥節流壓降的大部分(約60%),可以將汽蝕破壞作用由閥座遷至小孔,保護了密封面,提高了閥使用壽命,可達普通高壓差閥的2~3倍。

  三、反汽蝕措施

  (1)過去采用硬質合金的方式不可取,應采用硬度與韌性綜合性能更好的耐汽蝕、抗沖刷的材料。

  (2)70年代常采用閥后設置孔板工藝技術來降低閥上壓降,借用此思路可在閥內設阻力,達到較好的降壓效果。

  (3)防止小開度工作,降低沖刷流體的速度。

  (4)選擇流體方式改變盡可能小的閥門如直行程角形閥來減小顆粒沖擊作用。

  (5)撓流會造成局部嚴重沖蝕,應采用分散擾流的方法來克服。

  (6)采用多級節流結構,將通過閥門的壓降分成數個較小的壓降來提高閥使用壽命。

  (7)增大閥桿直徑,提高閥桿剛度,防止斷裂。

  (8)大口徑、大壓差時,應配強力活塞式執行機構。

  四、使用注意事項

  (1)防止小開度工作是關鍵,小開度工作會成倍縮短壽命。選型遇到這類情況時,應縮小DN或dg;

  (2)對大口徑閥,必須仔細計算不平衡力,選好執行機構和彈簧范圍,防止閥關不到位;

  (3)對口徑小、壓差又特別大的閥,備好節流件,以便需要時及時換上;

  (4)95年化工部通報了某化工廠因閥芯斷裂,流閉型高壓閥(側進底出)閥芯頭自動關閉,壓力升高,導致設備爆炸,造成了嚴重的傷亡事故。因此,從安全第一的角度考慮,應選用流開型(底進側出)。

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