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調(diào)節(jié)閥選型問題分析

2021-12-17 14:55:29 62

生產(chǎn)過程自動化是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中保證效益和質(zhì)量的重要手段。在生產(chǎn)過程自動化中

，用來控制流體流量的調(diào)節(jié)閥已遍及石油

、化工、電站

、輕工、造紙

、醫(yī)藥

、船舶、市政等行業(yè)的工業(yè)自動化系統(tǒng)中

。調(diào)節(jié)閥在穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制

、維護(hù)及檢修成本控制等方面都起著舉足輕重的作用

。因此

，如何選擇和應(yīng)用好調(diào)節(jié)閥

，使調(diào)節(jié)閥在一個(gè)高水平狀態(tài)下運(yùn)行是一個(gè)關(guān)鍵的問題

。以下主要對調(diào)節(jié)閥的閃蒸

、氣蝕

、防止堵塞、嗓音等間題做分析探討

。

1 調(diào)節(jié)閥的閃蒸和氣蝕

氣蝕是一種水力流動現(xiàn)象，氣蝕的直接原因是管道流體因阻力的突變產(chǎn)生了閃蒸及空化

。當(dāng)流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥節(jié)流口時(shí)

，流速突然急劇增加，根據(jù)流體能量守恒定律

，流速增加靜壓力便驟然下降

，出口壓力達(dá)到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓時(shí)

，部分液體就汽化為氣體

，形成蒸汽與氣體混合的小汽泡，氣液兩相共存的現(xiàn)象

，此既為閃蒸的形成

。如果下游壓力恢復(fù)到高于液體的飽和蒸汽壓力

，汽泡在高壓的作用下

，迅速凝結(jié)而破裂，汽泡破裂的瞬間形成一個(gè)沖擊力

，此沖擊力沖撞在閥芯

、閥座和閥體上

，使其表面產(chǎn)生塑性變形

，形成一個(gè)個(gè)粗糙的蜂窩渣孔

，此種現(xiàn)象即是空化

，這便是氣蝕形成的過程。因此氣蝕現(xiàn)象將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪音

、振動、材質(zhì)的破壞等

。

1.1 選型

（1）選用壓力恢復(fù)系數(shù)小的閥門

在工藝條件允許的情況下盡量選用壓力恢復(fù)系數(shù)小的閥門

，如球閥、蝶閥等

。如果工藝條件必須使調(diào)節(jié)閥的壓差△P＞△PT（產(chǎn)生空化的臨界壓差），可以將兩個(gè)調(diào)節(jié)閥串聯(lián)起來使用，這樣每個(gè)調(diào)節(jié)閥的壓差△P都小于△PT

，空化便不會產(chǎn)生

。如果閥的壓差△P小于2.5MPa，一般不會產(chǎn)生氣蝕

，即使有氣蝕的產(chǎn)生也不會對材料造成嚴(yán)重的損壞。

（2）選用角形調(diào)節(jié)閥

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

，而不是直接沖擊體壁，所以可大大減少沖擊閥體體壁的飽和氣泡數(shù)量

，從而減弱了閃蒸破壞力

。

1.2 材料的抗氣蝕性能

從氣蝕的直接結(jié)果看

，造成損傷是因?yàn)椴牧嫌捕炔蛔阋缘挚箽馀萜屏讯尫诺臎_擊力，所以從這個(gè)角度我們可以考慮采用高硬度材料

，一般常用的方法是在不銹鋼基體上進(jìn)行堆焊或噴焊司太萊合金

，在流體氣蝕沖刷處形成硬化表面。當(dāng)硬化表面出現(xiàn)損傷后

，可以進(jìn)行二次堆焊或噴焊，這樣便能增加設(shè)備的使用壽命

，同時(shí)也減少了企業(yè)的維修費(fèi)用

。

1.3 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)

既然空化是因?yàn)閴毫Φ耐蛔兯穑到y(tǒng)要求的壓降又不能降低

，可以采用將一次大的壓力突變分解為若干次的多級閥芯結(jié)構(gòu)（如圖 1）

，這種結(jié)構(gòu)的閥芯可以把總壓差分成幾個(gè)小壓差

，逐級降壓

，使每一級都不超過臨界壓差?div id="d48novz" class="flower left">

；蛟O(shè)計(jì)成特殊結(jié)構(gòu)的閥芯

、閥座，如迷宮式閥芯

、疊片式閥芯等，都可以使高速流體在通過閥芯

、閥座時(shí)每一點(diǎn)的壓力都高于在該溫度下的飽和蒸汽壓

，或使液體本身相互沖撞，在通道間導(dǎo)致高度紊流，使液體的動能由于相互摩擦而變?yōu)闊崮?div id="4qifd00" class="flower right">

，可減少氣泡的形成。

福建捷斯特閥門制造有限公司

圖 1 多級降壓閥芯結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 氣蝕系數(shù)

不同結(jié)構(gòu)形式的閥門有其不同的氣蝕系數(shù)

，計(jì)算公式如下：

氣蝕系數(shù)計(jì)算公式

式中：H1——閥后（出口）壓力m

；

H2——大氣壓與其溫度相對應(yīng)的飽和蒸氣壓力之差m；

△P——閥門前后的壓差m

。

各種閥門由于構(gòu)造不同，因此允許的氣蝕系數(shù)δ也不同

，如計(jì)算的氣蝕系數(shù)大于容許氣蝕系數(shù)

，則說明可用，不會發(fā)生氣蝕

。如蝶閥容許氣蝕系數(shù)為2.5

，則：

當(dāng)δ＞2.5

，則不會發(fā)生氣蝕

。

當(dāng)2.5＞δ＞1.5時(shí)，會發(fā)生輕微氣蝕

。

當(dāng)δ＜1.5時(shí)

，產(chǎn)生振動

。

當(dāng)δ＜0.5的情況繼續(xù)使用時(shí)

，則會損傷和下游配管，閥門的基本特性曲線和操作特性曲線

，對閥門在什么時(shí)候發(fā)生氣蝕是看不出來的

，更指不出來在那個(gè)點(diǎn)上達(dá)到操作極限。通過上述計(jì)算則一目了然

。從上述計(jì)算中，不難看出產(chǎn)生氣蝕和閥后壓強(qiáng) H1 有極大關(guān)系

，加大 H1 顯然會使情況改變

，改善方法：

把閥門安裝在管道較低點(diǎn)。

在閥門后管道上裝孔板增加阻力

。

閥門出口開放

，直接蓄水池

，使氣泡炸裂的空間增大

，氣蝕減小

2 調(diào)節(jié)閥的堵塞

在泥漿

、紙漿、礦漿

、燒堿等場合應(yīng)用時(shí)

，閥門堵塞是常見的故障之一

。除介質(zhì)不干凈造成堵卡外

，管道內(nèi)的焊渣，鐵屑等也會造成閥門堵卡

，因此

，在這些工況下的調(diào)節(jié)閥選型必須考慮到不同閥型的防堵功能。大體要考慮以下幾個(gè)方面：

（1）流路越光滑

，越平穩(wěn)過渡越好；

（2）根據(jù)計(jì)算

，必要時(shí)應(yīng)縮小閥座直徑，以提高節(jié)流速度來提高“自潔”性能

；

（3）足夠剛度和推力（力矩）的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

；

（4）角行程類的閥遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于直行程類的閥。角行程的閥克服了直行程閥流路復(fù)雜和上下導(dǎo)向易堵卡的問題

，介質(zhì)流經(jīng)角行程類的閥

，似乎是直接流進(jìn)流出，最典型的就為“O”型球閥

，就象直管道一樣

，其防堵性能最好，（見圖 2）

；其次就是全功能超輕型閥

、蝶閥等

。

福建捷斯特閥門制造有限公司

圖 2 O形球閥流路示意圖

3 調(diào)節(jié)閥的噪音

調(diào)節(jié)閥上的噪音是石油化工生產(chǎn)中的主要污染源

。防止調(diào)節(jié)閥噪音應(yīng)從三方面人手。

3.1 振動產(chǎn)生的噪音

振動產(chǎn)生的噪音一般來源于閥芯的振動

。如當(dāng)閥芯在套筒內(nèi)水平運(yùn)動時(shí)

，可以使閥芯與套簡的間隙盡里小或者使用硬質(zhì)表面的套筒

。如閥芯或者其它的組件

，它們都有一個(gè)固有振動頻率，對此

，可以通過專門的鑄造或鍛造處理來改變閥芯的特性

，如有必要也可以更換其他類型的閥芯。如由于閥芯振蕩性位移引起流體的壓力波動而產(chǎn)生的噪音，這種情況一般是由于調(diào)節(jié)回路執(zhí)行器等的阻尼因素引起的

，對此可以重新調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)或者在閥芯位移方向上加上減振設(shè)施。

3.2 因高速氣流而產(chǎn)生的氣體動力學(xué)嗓音

目前避免氣體動力學(xué)噪音有3種方法

。首先

，要消除噪音源，限制通過調(diào)節(jié)閥的流體速度

；其次

，采用特殊結(jié)構(gòu)的閥體

，使流體通過閥芯閥座的曲折流路逐漸減速

；第3，應(yīng)采用多孔限流板

，它吸收調(diào)節(jié)閥后的部分壓降

，從而降低通過調(diào)節(jié)閥的流速，從而達(dá)到降噪的目的

。

3.3 防止液體動力學(xué)噪音

氣蝕發(fā)生的同時(shí)還出現(xiàn)噪音和振動，這種噪音

，也叫液體動力學(xué)噪音

，如何避免氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生在前面已有闡述。

總之

，調(diào)節(jié)閥的選擇要因地制宜

，要在實(shí)踐的過程中不斷總結(jié)和創(chuàng)新，使被調(diào)參數(shù)得到較好地控制效果

，也使調(diào)節(jié)閥的使用壽命大大增長。

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