Выбор регулирующего клапана высокого давления против кавитации

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано yinkuilin6868 23.11.2015 в 08:37. Клапаны с давлением PN≥16 МПа обычно называются высоконапорными клапанами. Основной проблемой при использовании высоконапорных клапанов является срок их службы. Классические клапаны с обычной конструкцией могут использоваться при высоких разницах давлений всего 1–2 месяца. Чтобы решить проблему короткого срока службы таких клапанов, производители как в странах СНГ, так и за рубежом приложили большие усилия, проведя множество исследований в области материалов и конструкции. В результате были созданы различные виды продукции: многоступенчатые высокодавленные клапаны, лабиринтные высокодавленные клапаны и односедельные высокодавленные клапаны с втулочным механизмом. У него есть лишь одна цель — увеличить срок службы высоконапорных клапанов путем снижения воздействия таких физических явлений, как кавитация, эрозия и испарение, на структуру клапана. 　　I. Причины короткого срока службы клапанов Основными причинами короткого срока службы высоконапорных клапанов являются два фактора: кавитация и эрозия. 　　Инверсия пара, кавитация. Если разница давлений на клапане (P1–P2) превышает максимально допустимую разницу давлений при насыщении среды (△Pmax), происходит инверсия пара, что в свою очередь приводит к кавитации. Это может нанести ущерб внутренней части клапана и соседним трубопроводам. Скорость потока среды в точке узкого сечения, где оно проходит, является наибольшей. Увеличение скорости потока (или кинетической энергии) сопровождается **снижением** давления (или потенциальной энергии). Когда давление ниже насыщенного парового давления среды, в ней образуются пузырьки. По мере дальнейшего снижения давления у сужения образуется большое количество пузырьков. На этом этапе нет существенной разницы между испарением и кавитацией, однако вероятность повреждения конструкции клапана несомненна. 　　Вспышка испарения, эрозия: если после прохождения среды через узкое сужение давление все еще остается ниже давления насыщенного пара этой среды. Пузырьки останутся в потоке за сужением; мы называем это испарением. Вспенение приводит к серьезному износу элементов клапана, при этом поверхность, подвергшаяся воздействию вспенения, имеет гладкую, отполированную форму. Места с наибольшими разрушениями от эрозии обычно находятся там, где скорость потока воды наибольшая; они располагаются на линии контакта или рядом с ней между элементами клапана. Особенно при небольшом угле открытия, когда зазор в клапане мал и скорость потока высока, эрозионные повреждения становятся наиболее серьезными. Поэтому высоконапорные клапаны следует по возможности избегать работы при небольшом угле открытия. Даже самые качественные клапаны, если они долгое время работают при небольшом угле открытия, теряют в сроке службы в несколько раз. Чтобы избежать работы при малом угле открытия, ключевыми моментами являются расчеты и выбор оборудования, на что проектировочные организации и пользователи должны уделять особое внимание. 　　Типичный пример разрушения под действием испарения — кавитация формы: с другой стороны, если после прохождения среды через узкое сечение её давление вновь повышается до уровня, выше давления насыщенного пара, пузырьки лопаются или взрываются изнутри, что приводит к кавитации. При разрыве паровых пузырьков выделяется энергия, и возникает звук, похожий на шум, издаваемый песком и камнями, проходящими через клапан. Если пузырьки лопаются рядом с твердой поверхностью внутри клапана, высвобождающаяся энергия постепенно разрушает материал, оставляя после себя сетчатые отверстия. Разрушающее действие кавитации может распространяться на соседние трубопроводы ниже по течению. Очевидно, что с точки зрения коэффициента восстановления под давлением, клапаны с высоким коэффициентом восстановления более склонны к кавитации, поскольку давление за их сужающим участком с большей вероятностью может повыситься до уровня насыщенного парового давления среды. 　　Типичная форма коррозии, вызванной кавитацией — связь между испарением и кавитацией, а также между кавитацией и эрозией: при небольшом угле открытия клапана скорость потока в сужении выше, давление ниже, а содержание пузырьков в среде больше. Поэтому в этом случае коррозия, вызванная испарением, проявляется более выраженно, причем основной проблемой является эрозия. При работе при больших углах открытия основной противоречием является коррозия, вызванная восстановлением давления в системе до уровня, превышающего давление насыщения. Поэтому при использовании клапанов с высоким разницей давлений пользователи должны стараться избегать работы при небольшом угле открытия. Клапаны, произведенные производителями, должны иметь эффективные меры защиты от кавитации; в противном случае клапаны быстро повреждаются под действием кавитации и эрозии. 　　II. Зрелый клапан высокого давления против кавитации. В настоящее время наиболее часто используемые клапаны высокого давления по своей конструкции делятся на несколько категорий: многоступенчатые клапаны высокого давления, лабиринтные клапаны высокого давления и однокамерные клапаны с втулкой для распределения нагрузки. 　　С точки зрения способа использования у них есть свои преимущества, однако многоуровневая и лабиринтная конструкции высокого давления относительно сложны, подготовка запасных частей и их замена затруднены, что делает их использование крайне неудобным. В связи с этими проблемами компания Хуалин разработала компактный высоконапорный клапан против обратного кавитации с одним седлом. У этого продукта простая схема комплектации запасными частями, что облегчает их замену и ремонт, тем самым эффективно решая вышеупомянутые проблемы. В 1992 году этот продукт получил **патент (номер патента: ZL92 2 20633.3). В этом клапане против кавитации используется трехступенчатая система торможения потока: ● Первая ступень торможения – сужение диаметра трубы, что эквивалентно действию отверстия-регулятора; на эту ступень приходится примерно 10% от общего падения давления. 　　●Вторичное сужение — конструкция клапана с одним седлом, который обеспечивает примерно 30% от общего падения давления. 　　●Три этапа сужения — конструкция с манжетным сужением, которая обеспечивает примерно 60% от общего падения давления. 　　Пневматический тонкостенный клапан против обратного кавитации с трехуровневой структурой регулирования давления «пористая пластина + односедельный клапан + втулочный клапан» разделяет падение давления при прохождении через клапан на несколько меньших значений. Каждое из этих меньших падений давления обеспечивает то, что давление в самой точке регулирования будет выше давления насыщенного пара, тем самым предотвращая или снижая разрушительное воздействие эффекта испарения на клапан. Одновременное замещение традиционной конструкции «направляющий втулка + седло клапана» на трубчатый дроссельный элемент с структурой распыления через мелкие отверстия позволяет полностью устранить проблему легкого ослабления направляющей втулки. Кроме того, такая структура дросселя снижает одностороннее локальное разрушение седла клапана под действием сопротивления потока, тем самым уменьшая шум, возникающий при работе клапана. Поскольку способ впрыска через маленькие отверстия позволяет снизить давление, возникающее при прохождении потока через клапан, на примерно 60%, это позволяет перенести негативное воздействие кавитации с поверхности клапана на эти маленькие отверстия. Таким образом защищаются уплотнительные поверхности, что увеличивает срок службы клапана; он может работать в 2–3 раза дольше, чем обычные клапаны с высоким разницей давлений. 　　III. Меры против кавитации 　　(1) Ранее использование сплавов из твердых металлов было неприемлемым; следует применять материалы, обладающие лучшими характеристиками прочности и усталостной стойкости, способные сопротивляться кавитации и эрозии. 　　(2) В 70-х годах для снижения падения давления на клапане часто использовалась технология установки перфорированных пластин за клапаном; используя эту идею, можно создать сопротивление внутри самого клапана, что позволяет достичь лучшего эффекта снижения давления. 　　(3) Предотвращение работы при малом угле открытия, снижение скорости потока жидкости. 　　(4) Для минимизации воздействия ударов частиц следует использовать клапаны с малым размером, такие как прямоходовые угловые клапаны. 　　(5) Вихревые течения могут приводить к сильному эрозионному разрушению в определенных участках; для преодоления этого следует использовать методы разделения вихревых течений. 　　(6) Использование многоступенчатой структуры торможения позволяет разделить падение давления при прохождении через клапан на несколько более мелких значений, тем самым увеличивая срок службы клапана. 　　(7) Увеличение диаметра штока клапана способствует повышению его прочности и предотвращает его поломку. 　　(8) При большом диаметре и большой разнице давлений следует использовать мощные поршневые исполнительные механизмы. 　　IV. Рекомендации по использованию 　　(1) Ключевое значение имеет предотвращение работы при малом угле открытия — такая работа в разы сокращает срок службы. При выборе оборудования в таких случаях следует уменьшить значения DN или dg. (2) Для клапанов большого диаметра необходимо тщательно рассчитать силы, вызывающие дисбаланс, а также правильно подобрать исполнительный механизм и диапазон работы пружины, чтобы избежать неполного закрытия клапана. (3) Для клапанов малого диаметра с очень большой разницей давлений необходимо иметь под рукой устройства для регулировки потока, чтобы их можно было быстро заменить при необходимости. (4) В 1995 году Министерство химической промышленности сообщило о происшествии на одном из химических заводов: из-за поломки элемента управления клапаном, клапан высокого давления с боковым подачей и нижним выходом автоматически закрылся, что привело к повышению давления и взрыву оборудования. Это привело к серьезным человеческим жертвам. Поэтому, с точки зрения безопасности в первую очередь, следует выбирать тип с оттоком потока (вход снизу, выход сбоку).