电动控制阀内件的磨损(二)

   



二、阀内件气蚀磨损

    高速的带压液体流动,在节流下通过阀门,压力变成小于该液体在那个温度下的蒸气压,随时都有可能产生气蚀。
    当碰到这种情况,蒸气气泡在节流件下游侧形成。流体在节流件的下游侧扩大的流动通道中降低了流速-使部分压力恢复,压力恢复的结果使气泡破裂。气泡压碎的冲击力成为闷内件严重损坏的原因。    
    没有已知的材料能经得起连续的,严重的气蚀条件而不损坏,因为冲击力达到或超过了硬化的阀内件或者非常硬的碳化钨保护层的屈服强度。所以在气蚀条件下使用的阀内件,最主要的要求是容易更换a即使是轻微的气蚀,如果是连续的,最终仍将损坏常规的阀内件。要求使用硬化的阀内件来经受较强烈的气蚀,即使是最硬的阀内件,在严重的气蚀下将要求有计划地定期更换阀内件。
    下列的阀内件材料是使用于气蚀场合,是按照耐气蚀能力逐渐增加的顺序来排列的Rc(硬度)。

材质
70°F时的硬度
材质
70°F时的硬度
6号钨铬钴硬质合金
40/45RC
硬化的工具钢
60/63RC
440-C不锈钢
50/60
碳化钨
70RC
6号铬硼系合金
56/61RC
(烧结并固定在镍包裹层上)

    降低阀内件的气蚀磨损,可以采用如下的方法
    1)选用最硬的阀内件是可行的,不会由于阀门关闭的反复碰撞和热冲击而使阀内件破裂。
    2)维持足够的下游侧压力,使之超过液体的蒸气压,因而防止了在高流速的低压区形成气泡。水在120。F及压力降为3000磅/英寸2( 207bar)时,下游侧的压力通常为50 - 100磅/英寸2(3.5 - 7bar),这将大大地降低气蚀损害一这是可以作到的,可在阀门的下游侧安装一个阀后压力调节器或者装一个比阀座小的极硬的节流孔板。
    3)在流体自上而下流动的高压角形阀中,采用锐边的阀座孔,使排出物远离阀体的内壁。在流体的流束中压碎气泡,比在很快地扩大的阀座孔和阀体内壁压碎危害性要小些。如果不能做到这一点,可以采用逐渐扩大的阀座孔。
   4)使用两个阀门串联并在其问分配压降的办法来限定阀门的压力降,在上游侧阀门中的压力降可以大一些。
   5)使用特殊的阀门,合有多级节流的流路,限定通过每次节流的压力降。
   特殊的阀内件结构是适用于气蚀使用的。一些阀门制造厂借助于独特的结构来大大地降低或消除气蚀,可在极高能耗的场合中使用。这种结构引起流体本身自相碰撞,在阀芯与阀座的通道内产生一个高度的扰动。土游侧的位能,由阀门任意节流的入口压力来表示,被流体的摩擦阻力(大量的扰动)转换为热能。基本上做到了降低压力而且没有压力恢复,这就减小了低压力及气泡形成区。其他的结构是在阀座孔的下游侧具有大的强制增压,允许气泡压碎在流体的流束中,而不是在润体的内壁上。五种结构用插图说明于图18. 19. 20. 21和34c中。

减少气蚀的套筒孔结构
图18 减少气蚀的套筒孔结构

    (a)带分流孔的套筒结构
    分流孔引起流体在孔中的扰动,并从对面的孔中喷射冲击。阀座环和出口管具有同样的内径,以防止阀座下游侧的压力恢复。设计成功地运用于口径1~18英寸。
    (b)带分流孔的阀芯
    (c)在套筒上的台阶孔

用于串联控制流量的两种结构
图19 用于串联控制流量的两种结构

    (a)涡轮串联式控制阀
    从这一级到下一级在每一级内产生流体旋涡,可以处理100磅/英寸2(7bar)流体沿着阀芯的螺旋形槽沟流动,流体通过槽沟旋转90°,由于离心力而背离阀体保护层的内壁,气蚀蒸气的气泡趋向于保留在主流束中而远离阀内壁,虽然它比流体轻。这种设计已用于调节锅炉给水泵的旁路的阀门中。
    (b)串级流节流孔
    高压降流体中使用的磨耗和气蚀磨损,在这种阀的设计中实际上是被消除了,在多级小台阶中降压,它比通用的阀门维持更低的流速。通用的单座阀平均动压力损失系数为0.8,而这种设计具有20的K值,因为流过的流体受到连续的旋转(压头损失H=V2/2g)。每级阀座口按通用阀的经验,似乎仅有5%的压力降。节流过程几乎可以认为是等焓流。摩擦阻力更像在一根长管线上的压力降。长导向被限制在圆周的4个拐角处,防止当流动的颗粒夹带液体时挤住。在口径为1/2"~2"时,工作压力范围达6000磅/英寸2(414bar),流通能力为通用低压降阀门的1/16~1/4,可以采用聚四氟乙烯做成的软阀座结构,用于滴漏严密关闭。