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調(diào)節(jié)閥氣蝕與閃蒸的控制方法

作者： 2015年12月11日 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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1、閃蒸現(xiàn)象：　　閃蒸就是高壓的飽和水進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。
調(diào)節(jié)閥氣蝕與閃蒸的控制方法
　　1、閃蒸現(xiàn)象：
 
　　閃蒸就是高壓的飽和水進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。
 
　　形成原因：
 
　　當(dāng)水在大氣壓力下被加熱時(shí)，100℃是該壓力下液體水所能允許的最高溫度。再加熱也不能提高水的溫度，而只能將水轉(zhuǎn)化成蒸汽。水在升溫至沸點(diǎn)前的過(guò)程中吸收的熱叫“顯熱”，或者叫飽和水顯熱。在同樣大氣壓力下將飽和水轉(zhuǎn)化成蒸汽所需要的熱叫“潛熱”。然而，如果在一定壓力下加熱水，那么水的沸點(diǎn)就要比100℃高，所以就要求有更多的顯熱。壓力越高，水的沸點(diǎn)就高，熱含量亦越高。壓力降低，部分顯熱釋放出來(lái)，這部分超量熱就會(huì)以潛熱的形式被吸收，引起部分水被“閃蒸”成蒸汽。

　　實(shí)際情況：
 
　　閃蒸在管道系統(tǒng)中出現(xiàn)，容易對(duì)閥門(mén)產(chǎn)生汽蝕損壞，可以選擇反汽蝕高壓閥，其特點(diǎn)是多次節(jié)流分?jǐn)倝翰睿部梢赃x用耐汽蝕沖刷材料。
 
　　閃蒸也可以作為能源，被利用在熱力發(fā)電廠中鍋爐排水的回收和地?zé)岚l(fā)電中。
 
　　氣蝕和閃蒸是一種水力流動(dòng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象既能引起調(diào)節(jié)閥流通能力Kv減小，又能產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)及對(duì)材料的損害。因此控制和降低調(diào)節(jié)閥受氣蝕和閃蒸的影響是閥門(mén)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問(wèn)題之一。
 
　　2 氣蝕和閃蒸
 
　　氣蝕和閃蒸產(chǎn)生的條件不同。閃蒸是一種非?？焖俚霓D(zhuǎn)變過(guò)程，當(dāng)流動(dòng)液體的下游壓力低于它的飽和壓力時(shí)就會(huì)出現(xiàn)閃蒸，因此它是一種系統(tǒng)現(xiàn)象。調(diào)節(jié)閥能夠避免閃蒸的產(chǎn)生，除非系統(tǒng)條件改變。而當(dāng)閥門(mén)中液體的下游壓力又升回來(lái)，且高于飽和壓力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。在氣蝕過(guò)程中飽和氣泡不再存在，而是迅速爆破變回液態(tài)。由于氣泡的體積大多比相同形式的液體大。所以說(shuō)，氣泡的爆破是從大體積向小體積的轉(zhuǎn)變。氣蝕是一種從液態(tài)→飽和→液態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，它不同于閃蒸現(xiàn)象。正確合理地設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)閥能夠避免氣蝕的產(chǎn)生。
 
　　3 防止閃蒸的閥門(mén)設(shè)計(jì)
 
　　在調(diào)節(jié)閥里閃蒸是不能預(yù)防的，所能做到的就是防止閃蒸的破壞。在調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)中影響著閃蒸破壞的因素主要有閥門(mén)結(jié)構(gòu)、材料性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　閃蒸破壞是高速度的飽和氣泡沖擊閥體表面，并腐蝕閥體表面造成的。由于角形閥中的介質(zhì)直接流向閥體內(nèi)部下游管道的中心，而不是象球形閥一樣直接沖擊體壁，所以大大減少了沖擊閥體體壁的飽和氣泡數(shù)量。從而減弱了閃蒸的破壞力。因此在閃蒸破壞出現(xiàn)的情況下，角形閥體設(shè)計(jì)比球形閥體更為經(jīng)濟(jì)。帶有旋啟式閥瓣的閥門(mén)結(jié)構(gòu)（圖2）也是一種有效的防止閃蒸破壞的方法。在閥體內(nèi)部下游的一側(cè)安裝了旋啟式閥瓣，液體的壓力在閥體的下游處降到飽和壓力以下，閃蒸出現(xiàn)在下游管線。在某些情況下，常常采用由一段下游管道承受閃蒸破壞的方法保護(hù)閥門(mén)。

　　3.2 材料選擇
 
　　一般情況下，硬度較高的材料更能抵御閃蒸和氣蝕的破壞。所以，硬度高的材料常常用于制造閥體。如電力行業(yè)常選用鉻鉬合金鋼閥門(mén)，WC9是常用抵抗腐蝕的材料之一。如果角形閥下游配裝材料硬度高的管道，其閥體可以選用碳鋼材料，因?yàn)閮H僅在閥體下游部分才有閃蒸液體。如果采用球形閥，最好用鉻鉬合金鋼閥體，因?yàn)殚W蒸出現(xiàn)在閥體內(nèi)部。
 
　　3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
 
　　閃蒸現(xiàn)象是由系統(tǒng)設(shè)計(jì)所決定的。圖3為加熱排水閥將閃蒸水排向冷凝器的系統(tǒng)。圖3（a）的閃蒸出現(xiàn)在調(diào)節(jié)閥與冷凝器之間的管道里，閃蒸破壞只會(huì)出現(xiàn)在這個(gè)區(qū)域。圖3（b）的閃蒸現(xiàn)象產(chǎn)生在閥門(mén)的下游和冷凝器中。所以冷凝器相對(duì)于管道來(lái)說(shuō)必須具有更大的容積防止高速度的氣泡沖擊材料表面。因而良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能幫助防止閃蒸破壞的發(fā)生。

　　4 防止氣蝕的閥門(mén)設(shè)計(jì)

 
　　調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)影響著自身防止氣蝕產(chǎn)生的能力。其主要的結(jié)構(gòu)形式有曲折路徑、多級(jí)減壓、擴(kuò)大流動(dòng)區(qū)域和多孔節(jié)流設(shè)計(jì)等。
 
　　4.1 曲折路徑
 
　　使流動(dòng)介質(zhì)通過(guò)一個(gè)含有曲折路徑的節(jié)流件是減小壓力恢復(fù)的一種方法。盡管這種曲折路徑可以有不同的形式，如小孔、放射狀的流路等。但是每一種設(shè)計(jì)的效果基本上是一樣的。這種曲折路徑在每種控制氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的部件設(shè)計(jì)中都是可以利用的。
 
　　4.2 多級(jí)減壓
 
　　多級(jí)減壓中的每一級(jí)都消耗一部分能量，使得下一級(jí)的入口壓力相對(duì)較低，減小了下一級(jí)的壓差，壓力恢復(fù)低，避免了氣蝕的發(fā)生。一個(gè)成功的設(shè)計(jì)可以使閥門(mén)在承受較大壓差的同時(shí)還能保持縮流后的壓力高于液體的飽和壓力，防止液體氣蝕的產(chǎn)生。因此對(duì)于相同的壓力降，一級(jí)節(jié)流比多級(jí)節(jié)流更易產(chǎn)生氣蝕。
 
　　4.3 擴(kuò)大流動(dòng)區(qū)域
 
　　擴(kuò)大流動(dòng)區(qū)域與多級(jí)減壓的理念是類(lèi)似的。一般要求每一級(jí)節(jié)流面積都比前一級(jí)的大，第一級(jí)節(jié)流承受了大部分的壓差，壓力降通過(guò)連續(xù)節(jié)流而逐漸減小。在最后一級(jí)節(jié)流區(qū)域壓降僅占總壓差很小的百分比，所以壓力恢復(fù)是很小的。若將每一級(jí)設(shè)計(jì)為相等的節(jié)流面積，且為10級(jí)節(jié)流，那么最后一級(jí)所承受的壓差僅占總壓差的10％，因此即使最后一級(jí)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，它所造成的氣蝕破壞強(qiáng)度也是微小的。
 
　　4.4 多孔節(jié)流設(shè)計(jì)
 
　　多孔節(jié)流是一種綜合設(shè)計(jì)方案。每種不同的小孔設(shè)計(jì)都影響著閥門(mén)的壓力恢復(fù)程度（圖4）。圖4（a）薄形金屬板式結(jié)構(gòu)流通效率最差，但壓力恢復(fù)系數(shù)Km值較高，具有較低的壓力恢復(fù)，不易產(chǎn)生氣蝕。圖4（b）厚形金屬板式結(jié)構(gòu)流通能力較高，但壓力恢復(fù)系數(shù)Km值較低，具有較高的壓力恢復(fù)，易產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。圖4（c）復(fù)合式結(jié)構(gòu)是前2種設(shè)計(jì)的綜合與平衡，不但有較高的流通能力而且仍能保持較高的Km值，從而具備較低的壓力恢復(fù)，避免了氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。此設(shè)計(jì)是流通能力和氣蝕控制應(yīng)用中最典型有效的方案。

　　5 小七總結(jié)
 
　　氣蝕和閃蒸是調(diào)節(jié)閥裝置中最為常見(jiàn)的流動(dòng)現(xiàn)象。但是通過(guò)合理的閥門(mén)設(shè)計(jì)可以防止氣蝕的發(fā)生，通過(guò)優(yōu)化閥門(mén)結(jié)構(gòu)和合理地選用閥體材料可以控制閃蒸所帶來(lái)的破壞。
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