反キャビテーション高圧調節弁の選定のポイント

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この投稿は最後にyinkuilin6868によって2015-11-23 08:37に編集されました。通常、PN≥16MPaのバルブは高圧バルブと呼ばれます。高圧バルブの使用における主な問題は寿命の問題です。一般的な構造のバルブは、高圧差の状態では1～2ヶ月しか使用できない。この高圧バルブの寿命が短いという問題を解決するため、国内外のメーカーは大きな努力を重ね、材質や構造の面で多くの研究を行い、多種多様な製品が生まれている。主なものには、多段式高圧バルブ、迷路式高圧バルブ、単座スリーブ負荷式高圧バルブなどがある。その目的はただ一つ、キャビテーション、エロージョン、急激な気化といった物理的現象によるバルブの損傷を軽減することで、高圧バルブの使用寿命を延ばすことです。 　　一、バルブの寿命が短い理由　高圧バルブの使用寿命が短くなる主な原因は2つあります。キャビテーションとエロージョンです。 　　急激な気化、キャビテーション 開閉弁にかかる圧力差（P1-P2）が媒体の最大飽和圧力差（△Pmax）を超えると、急激な気化が起こり、それによってキャビテーションが発生し、開閉弁の内部やその周辺の配管構造が損傷を受けます。媒体が断面積が最も小さいスロットルを通過するとき、流速は最大になる。流速（または運動エネルギー）の増加は、圧力（または位置エネルギー）の**低下**を伴う。圧力が媒体の飽和蒸気圧より低くなると、媒体内に気泡が形成されます。スロットル部の圧力がさらに低下すると、大量の気泡が発生する。この段階では、蒸発とキャビテーションの間に本質的な違いはないが、バルブの構造が損傷する可能性は確実に存在する。 　　急冷凝縮、侵食　媒体が絞り口を通過した後でも、圧力が依然として媒体の飽和蒸気圧より低い場合。気泡はスロットルの後方の流束に留まり、これをスチームアップと呼びます。スチームトラップはバルブの弁芯に深刻な侵食損傷を引き起こし、その特徴として、侵食された表面が滑らかで研磨された形状を呈することです。侵食による損傷が最も深刻な場所は、一般的に流速が最も高い場所で、通常はバルブコアとバルブシートの接触線上またはその付近に位置します。特に開度が小さく、スロットルギャップが狭く、流速が高い環境下では、侵食による損傷も最も深刻となる。したがって、高圧バルブはできるだけ小開度での動作を避けるべきである。どんなに優れたバルブでも、長期間にわたって狭い開度で使用し続けると、その寿命は大幅に短くなります。小開度での運転を避けるためには、計算と機種選定が鍵となり、これは設計院とユーザーが特に注意すべき点です。 　　スチームエロージョンの典型的な例――外形キャビテーション：一方、媒体が絞り口を通過した後にその圧力が媒体の飽和蒸気圧以上に回復すると、気泡は破裂したり内部で爆発したりして、キャビテーションが発生する。蒸気の泡が破裂してエネルギーが放出され、砂や石がバルブを通過するような音が生じる。もし気泡がバルブ内の固体表面に近づいて破裂すると、放出されるエネルギーが徐々に材料を引き裂き、ハニカム状の小さな穴を残します。キャビテーションの破壊作用は、隣接する下流の配管にまで及ぶ可能性があります。明らかに、圧力回復係数から見ると、高回復バルブはキャビテーションが発生しやすい。なぜなら、その絞り口後の圧力が媒体の飽和蒸気圧を超える可能性がより高いためである。 　　キャビテーション損傷の典型的な形態――蒸発とキャビテーション、侵食との関係：開度が小さい場合、流量制御部の流速は速くなり、圧力は低下し、媒体中の気泡量も増える。そのため、この時期には蒸発による損傷がより深刻となり、侵食による損傷が主な問題となる。大開度で動作する際の主な問題は、システム圧力が飽和圧力以上に回復したことによって引き起こされるキャビテーション損傷です。したがって、ユーザーは高圧差バルブを使用する際には、できるだけ小さな開度での運転を避けるべきです。製造業者が製造する高圧バルブには、優れたキャビテーション対策が必要であり、そうでなければ、バルブはすぐにキャビテーションや侵食作用によって破壊されてしまいます。 　　二、成熟したエロージョン防止用高圧バルブ　現在最も多く使用されている高圧バルブは、構造上の分類によって、多段式高圧バルブ、迷路式高圧バルブ、単座スリーブ型負荷式高圧バルブなどがある。 　　使用状況から見ると、それぞれに長所があるが、多段式および迷路式の高圧内部構造は比較的複雑で、予備部品の準備や交換が困難であり、使用上非常に不便である。これらの状況に対応して、華林社は単座負荷式の小型逆エロージョン高圧バルブを開発しました。この製品は予備部品が少なく、交換や修理が容易で、上記の問題をうまく解決している。1992年、この製品は**特許（特許番号：ZL92 2 20633.3）を取得しました。（この逆エロージョン用高圧バルブは、「スリット板＋シングルシートバルブ＋スリーブバルブ」という3段階の絞り構造を採用している。　　●第1段階の絞り――接続管の縮小による絞りで、スリット板による絞りに相当し、全圧力損失の約10％を占める。） 　　●二次節流――シングルシート節流弁の構造で、全圧力損失の約30％を占める。 　　●三次スロットリング――スリーブ式スロットリング構造で、全圧力損失の約60％を占める。 　　空気駆動式薄膜逆エロージョン高圧バルブは、「スロット板＋シングルシートバルブ＋スリーブバルブ」の3段階の流量制御構造を採用しており、バルブを通過する際の圧力降下をいくつかの小さな圧力降下に分けます。各小さな圧力降下において、流量制御面の最も低い位置の圧力が飽和蒸気圧よりも高く保たれるため、フラッシュ効果によるバルブへの損傷が防がれたり軽減されたりします。また、通常の「ガイドブッシュ＋バルブシート」方式に代わって、微小な穴から噴射する構造のスリーブ式スロットル部品を使用することで、ガイドブッシュが緩んでしまう問題を根本的に解決できる。さらに、微小な穴からの噴射式スロットル構造により、流れによるバルブコアシートへの一方的な局所的な損傷が軽減され、スロットル音も低減される。小孔噴射方式はバルブの流量制限による圧力損失の大部分（約60％）を負担するため、キャビテーションによる損傷をバルブシートから小孔へと移し、シール面を保護し、バルブの使用寿命を延ばすことができ、通常の高圧差バルブの2～3倍の性能を発揮する。 　　三、キャビテーション対策　　(1)過去には超硬合金を使用する方法は適切ではなく、硬度と靭性の両方に優れた、キャビテーションに強くかつ洗掘に耐えうる材料を使用すべきである。 　　(2)70年代には、バルブ上の圧力損失を低減するために、バルブの後ろに孔板を設置する技術がよく用いられていた。この考え方を応用すれば、バルブ内部に抵抗を設けることで、より効果的な圧力低下を実現できる。 　　(3)小開度運転を防ぎ、洗い流し流体の速度を低下させる。 　　(4)粒子の衝撃を軽減するため、可能な限り小さなバルブである直動式角形バルブなどの流体方式を選択する。 　　(5)撹乱流は局部的な深刻な侵食を引き起こすため、撹乱を分散させる方法で対処する必要がある。 　　(6) 複数段のストレーナ構造を採用し、バルブを通過する圧力損失をいくつかの小さな圧力損失に分けることで、バルブの使用寿命を延ばす。 　　(7)バルブロッドの直径を大きくし、剛性を高めて破断を防ぐ。 　　(8)大口径で大きな圧力差がある場合は、強力なピストン式アクチュエータを装備する必要がある。 　　四、使用上の注意点　　(1)小開度での運転を防ぐことが重要であり、小開度で運転すると寿命が大幅に短くなる。このような状況に遭遇した場合、DNまたはdgを小さくすべきである。(2)大口径のバルブの場合は、不均衡力を慎重に計算し、アクチュエーターやスプリングの範囲を適切に選定して、バルブが十分に閉じないことを防がなければならない。(3)口径が小さく、圧力差が特に大きいバルブの場合は、必要に応じてすぐに交換できるように、絞り部品を用意しておくべきである。(4)1995年に化学工業省は、ある化学工場でバルブのシートが破損したため、流れ止め型の高圧バルブ（側面から入り底部から排出）のシート部分が自動的に閉じ、圧力が上昇し、設備が爆発して重大な人的被害が発生した事例を報告している。したがって、安全性を最優先に考えると、流開型（底部から投入し側面から排出）を選ぶべきである。