反汽蝕高壓調(diào)節(jié)閥的選型提示
通常PN≥16MPa的閥被稱為高壓閥。高壓閥使用中的主要問題是壽命問題(大壓差下出現(xiàn)的汽蝕、閃蒸、沖蝕等物理現(xiàn)象對閥內(nèi)件的破壞)。一般結(jié)構(gòu)的閥在高壓差條件下僅可使用1～2個月，為了解決高壓閥壽命短的問題，國內(nèi)外的廠家均作了很大的努力，分別在材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上做了大量的探索，形成了形形色色的產(chǎn)品，主要有多級式高壓閥、迷宮式高壓閥和單座套筒負(fù)荷式高壓閥等。其目的只有一個，通過減輕汽蝕、沖蝕、閃蒸等物理現(xiàn)象對閥的破壞，來提高高壓閥的使用壽命。在眾多結(jié)構(gòu)中，華林公司按照“簡單就是美”的原則設(shè)計反汽蝕高壓閥，不僅結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，更主要是解決了高壓閥壽命短這一難題，在國內(nèi)享有名氣。
一、閥壽命短的原因致使高壓閥的使用壽命短的原因主要有兩個：汽蝕、沖蝕。閃蒸、汽蝕如果閥門上的壓差(P1-P2)大于了介質(zhì)的最大飽和壓差(△Pmax)，那么就會產(chǎn)生閃蒸，由此再產(chǎn)生汽蝕，并對閥門內(nèi)部及相鄰近的管道結(jié)構(gòu)造成破壞。介質(zhì)通過截面最小的節(jié)流口時流速是最大的。流速(或動能)的增加伴隨著壓力(或勢能)的大大降低。當(dāng)壓力低于介質(zhì)飽和蒸汽壓時，氣泡就會在介質(zhì)中形成。隨著節(jié)流口處壓力的進(jìn)一步下降，氣泡會大量地形成。在此階段閃蒸和汽蝕之間沒有本質(zhì)的差別，但是對閥門的結(jié)構(gòu)破壞的可能性卻是肯定存在的。
閃蒸、沖蝕：如果介質(zhì)通過節(jié)流口后，壓力仍低于介質(zhì)飽和蒸汽壓力。氣泡將保留在節(jié)流口后的流束中，我們稱之為閃蒸。閃蒸對閥門的閥芯會產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷破壞，其特點是受沖刷的表面有平滑拋光的外形，如圖9-3所示。沖刷破壞最嚴(yán)重的地方一般是流速最高的地方，通常位于閥芯和閥座的接觸線上或附近。尤其是在小開度，節(jié)流間隙小，流速高的環(huán)境下，沖蝕破壞也最嚴(yán)重。因此，高壓閥應(yīng)盡量避免小開度工作。再好的閥門，若長期處于小開度工作，其壽命將成倍減小。要避免小開度工作，關(guān)鍵在計算、選型，這是設(shè)計院和用戶要倍加注意的。
閃蒸破壞的典型外形汽蝕：另一方面，如果介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流口后介質(zhì)壓力恢復(fù)到介質(zhì)飽和蒸汽壓力以上時，氣泡會破裂或向內(nèi)爆炸，從而產(chǎn)生汽蝕。蒸汽氣泡破裂釋放出能量，并產(chǎn)生一種類似于砂石流過閥門的噪音。如果氣泡在接近閥門內(nèi)的固體表面破裂，釋放出的能量會慢慢撕裂材料，留下蜂窩狀的小孔。汽蝕的破壞作用可能會延伸到鄰近的下游管道。顯而易見，從壓力恢復(fù)系數(shù)來看，高恢復(fù)閥門比較容易發(fā)生汽蝕，因為它的節(jié)流口后的壓力更有可能升至介質(zhì)飽和蒸汽壓之上。 氣蝕破壞的典型外形閃蒸與汽蝕、沖蝕之間的關(guān)系：小開度工作時，節(jié)流口流速更快，壓力更低，介質(zhì)中氣泡含量更多，因此，此時閃蒸破壞更嚴(yán)重，沖刷破壞是主要矛盾。在大開度工作時，主要矛盾是系統(tǒng)壓力恢復(fù)到飽和壓力以上時造成的汽蝕破壞。所以，用戶在使用高壓差閥時應(yīng)盡量避免小開度工作，生產(chǎn)廠家制造的高壓閥必須有較好的反汽蝕措施，否則，閥很快會因汽蝕、沖蝕作用而破壞。
二一種成熟的反汽蝕高壓閥現(xiàn)在使用最多的高壓閥從結(jié)構(gòu)上劃分主要為多級式高壓閥、迷宮式高壓閥和單座套筒負(fù)荷式高壓閥等幾類。從使用情況看，它們各有優(yōu)勢，但多級式和迷宮式高壓內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，備品備件準(zhǔn)備及更換較難，使用上很不方便。針對這些情況，華林公司開發(fā)了單座負(fù)荷式精小型反汽蝕高壓閥。該產(chǎn)品備品備件簡單，更換維修方便，很好地解決了上述難題。1992年該產(chǎn)品獲得了國家專利(專利號：ZL 92 2 20633.3)。(該反汽蝕高壓閥結(jié)構(gòu)示意如圖9-8。它采用的是“孔板+單座閥+套筒閥”三級節(jié)流結(jié)構(gòu)：
●一次節(jié)流--接管縮徑(①處)相當(dāng)于孔板節(jié)流，約占總壓降的10%。
●二次節(jié)流--單座節(jié)流(主節(jié)流、②處)單座閥的結(jié)構(gòu)，約占總壓降的30%。
●三次節(jié)流--套筒節(jié)流(③處)套筒結(jié)構(gòu)，約占總壓降的60%。 氣動薄膜反汽蝕高壓閥“孔板+單座閥+套筒閥”三級節(jié)流結(jié)構(gòu)，將通過閥門的壓降分成數(shù)個較小的壓降，每個較小壓降都確保其節(jié)流面最小處的壓力大于飽和蒸汽壓力，避免或減輕閃蒸效應(yīng)對閥的破壞作用。同時用小孔噴射型結(jié)構(gòu)的套筒節(jié)流件取代常規(guī)的“導(dǎo)向襯套＋閥座”方式，可以徹底根治導(dǎo)向襯套易松落的問題，同時小孔噴射節(jié)流結(jié)構(gòu)可以減少抗流對閥芯座的單邊局部破壞作用，降低節(jié)流喑音。因為小孔噴射方式承受了閥節(jié)流壓降的大部分(約60%)，可以將汽蝕破壞作用由閥座遷至小孔，保護(hù)了密封面，提高了閥使用壽命，可達(dá)普通高壓差閥的2～3倍。
三、反汽蝕措施 (1)過去采用硬質(zhì)合金的方式不可取，應(yīng)采用硬度與韌性綜合性能更好的耐汽蝕、抗沖刷的材料。─?㈥┰??? ? (2)70年代常采用閥后設(shè)置孔板工藝技術(shù)來降低閥上壓降，借用此思路可在閥內(nèi)設(shè)阻力，達(dá)到較好的降壓效果。(3)防止小開度工作，降低沖刷流體的速度。(4)選擇流體方式改變盡可能小的閥門如直行程角形閥來減小顆粒沖擊作用。(5)撓流會造成局部嚴(yán)重沖蝕，應(yīng)采用分散擾流的方法來克服。 (6)采用多級節(jié)流結(jié)構(gòu)，將通過閥門的壓降分成數(shù)個較小的壓降來提高閥使用壽命。(7)增大閥桿直徑，提高閥桿剛度，防止斷裂。(8)大口徑、大壓差時，應(yīng)配強(qiáng)力活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
四、使用注意事項(1)防止小開度工作是關(guān)鍵，小開度工作會成倍縮短壽命。選型遇到這類情況時，應(yīng)縮小DN或dg；(2)對大口徑閥，必須仔細(xì)計算不平衡力，選好執(zhí)行機(jī)構(gòu)和彈簧范圍，防止閥關(guān)不到位；(3)對口徑小、壓差又特別大的閥，備好節(jié)流件，以便需要時及時換上；(4)95年化工部通報了某化工廠因閥芯斷裂，流閉型高壓閥(側(cè)進(jìn)底出)閥芯頭自動關(guān)閉，壓力升高，導(dǎo)致設(shè)備爆炸，造成了嚴(yán)重的傷亡事故。因此，從安全第一的角度考慮，應(yīng)選用流開型(底進(jìn)側(cè)出)。
