經常可(kě)以看到調節閥、減壓閥等節流閥的閥瓣和閥座等零件内部産生磨痕、深溝及凹坑,這些大多(duō)是由汽蝕引起的。

汽蝕是材料在液體(tǐ)的壓力和溫度達到臨界值時産生的一種破壞形式,分(fēn)為(wèi)閃蒸和空化兩個階段。

閃蒸是一種非常快速的轉變過程,當流體(tǐ)流經調節閥時,由于閥座和閥瓣形成局部收縮的流通面積,産生局部阻力,使流體(tǐ)的壓力和速度發生變化。

當壓力為(wèi)P1 的流體(tǐ)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(tǐ)所在情況下的飽和蒸汽壓力Pv 前,部分(fēn)流體(tǐ)汽化成氣體(tǐ),産生氣泡,形成氣液兩相共存現象,稱為(wèi)閃蒸階段,可(kě)見它是一種系統現象。

調節閥不能(néng)避免閃蒸的産生,除非系統條件改變。而當閥門中液體(tǐ)的下遊壓力又升回來,且高于飽和壓力時,升高的壓力壓縮氣泡,使之突然破裂,稱為(wèi)空化階段。在空化過程中飽和氣泡不再存在,而是迅速爆破變回液态。由于氣泡的體(tǐ)積大多(duō)比相同的液體(tǐ)體(tǐ)積大。所以說,氣泡的爆破是從大體(tǐ)積向小(xiǎo)體(tǐ)積的轉變。

汽蝕過程中氣泡破裂時所有的能(néng)量集中在破裂點上,産生幾千牛頓的沖擊力,沖擊波的壓力高達2 ×103 MPa ,大大超過了大部分(fēn)金屬材料的疲勞破壞極限。同時,局部溫度高達幾千攝氏度,這些過熱點引起的熱應力是産生汽蝕破壞作(zuò)用(yòng)的主要因素。

閃蒸産生侵蝕破壞作(zuò)用(yòng),在零件表面形成光滑的磨痕。如同砂子噴在零件表面一樣,将零件表層撕裂,形成粗糙的渣孔般的外表面。在高壓差惡劣條件下,極硬的閥瓣和閥座也會在很(hěn)短時間内遭到破壞,發生洩漏,影響閥門的使用(yòng)性能(néng)。同時汽蝕過程中,空化時氣泡破裂釋放出巨大的能(néng)量,引起内部零件的振動,産生高達10 kHz 的噪聲,氣泡越多(duō),噪聲越嚴重。

防止汽蝕破壞的方法

調節閥裏的閃蒸是不能(néng)預防的，所能(néng)做到的就是防止閃蒸的破壞。在調節閥設計中影響着閃蒸破壞的因素主要有閥門結構、材料性能(néng)和系統設計。對于空化破壞,可(kě)以采用(yòng)曲折路徑、多(duō)級減壓和多(duō)孔節流的閥門結構形式予以防止。

1）閥門結構

雖然閥門結構與産生閃蒸無關,但是卻能(néng)抑制閃蒸的破壞。采用(yòng)介質(zhì)由上至下方向流動的角形閥結構比用(yòng)球形閥體(tǐ)更能(néng)防止閃蒸破壞。閃蒸破壞是高速度的飽和氣泡沖擊閥體(tǐ)表面,并腐蝕閥體(tǐ)表面造成的。由于角形閥中的介質(zhì)直接流向閥體(tǐ)内部下遊管道的中心,而不象球形閥一樣直接沖擊體(tǐ)壁,所以大大減弱了閃蒸的破壞力。

2) 材料選擇

一般情況下,高硬度的材料更能(néng)抵禦閃蒸和空化的破壞。硬度高的材料一般用(yòng)于制造閥體(tǐ)。如電(diàn)力行業常選用(yòng)鉻钼合金鋼閥門,WC9 是常用(yòng)抗腐蝕的材料之一。如果角形閥下遊配裝(zhuāng)材料硬度高的管道,其閥體(tǐ)可(kě)以選用(yòng)碳鋼材料,因為(wèi)僅僅在閥體(tǐ)下遊部分(fēn)才有閃蒸液體(tǐ)。

3) 曲折路徑。

使流動介質(zhì)通過一個含有曲折路徑的節流件是減小(xiǎo)壓力恢複的一種方法。盡管這種曲折路徑可(kě)以有不同的形式,如小(xiǎo)孔、放射狀的流路等。但是每一種設計的效果基本上是一樣的。這種曲折路徑在各種控制汽蝕現象發生的部件設計中都是可(kě)以利用(yòng)的。

4) 多(duō)級減壓

多(duō)級減壓中的每一級都消耗一部分(fēn)能(néng)量,使得下一級的入口壓力相對較低,減小(xiǎo)了下一級的壓差,壓力恢複低,避免了汽蝕的産生。一個成功的設計可(kě)以使閥門在承受較大壓差的同時還能(néng)保持縮流後的壓力高于液體(tǐ)的飽和壓力,防止液體(tǐ)汽蝕的産生。因此對于相同的壓力降,一級節流比多(duō)級節流更容易産生汽蝕。

5) 多(duō)孔節流設計

多(duō)孔節流是一種綜合設計方案。采用(yòng)特殊的閥座和閥瓣結構形式,使高速液體(tǐ)通過閥座和閥瓣每一點的壓力都高于該溫度下的飽和蒸汽壓,并采用(yòng)彙聚噴射的方法,使調節閥中液體(tǐ)的動能(néng)由于相互摩擦而轉換成熱能(néng),從而減少氣泡的形成。另一方面,使氣泡的破裂發生在套筒中心,避免了對閥座和閥瓣表面的直接破壞。