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防止调节阀汽蚀损害
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之前介绍高压减压阀，现在介绍防止调节阀汽蚀损害比较分析三种控制阀汽蚀损害的诊断方法，建议在阀门选型时，充分利用法则、控制出口流速，避免或减小阀门损坏。控制阀在流体工业中发挥着重大作用。如今，随着装置节能减排、提益、连续稳定运行、减少控制阀备件、快速的售后服务响应等要求的逐步提高，导致愈来愈重视如何优化、选择及使用控制阀这个问题了，这是由于控制阀在装置中扮演执行器的角色，直接决定着装置的运行状态，据统计由于控制阀的故障导致装置停车的比例高达65%，控制阀选型的好坏也决定生产产品的质量和产量。
回顾近5年，上海申弘阀门有限公司主营阀门有：截止阀,电动截止阀 控制阀技术发展迅速,一些控制阀厂家纷纷推出了在特殊情况下应用的阀门，例如耐高温、高压差、汽蚀、闪蒸、部分颗粒介质磨蚀、高噪音等工况;同时智能诊断型定位器陆续问世，通过定位器可以对阀门进行良好的实时检测、提供维护报警信息、优化阀门使用。无可置疑，上述这些技术的提高，大大保证了装置的稳定运行，减少了许多薄弱环节。但是我们如何才能正确计算选择并使用阀门呢?由使用经验得知，在苛刻工况中，汽蚀经常造成阀门内件损坏，并伴有高噪音、内件振动、阻塞流等情况发生，在阀门计算选型时，如何减小、避免汽蚀的发生，对阀门的正确使用至关重要。目前，阀门制造商对汽蚀的评估方法不尽相同，本文围绕KE法、δ法和XFz法，主要针对如何减少、避免汽蚀和阀门正确选型应用进行分析。调节阀采用合理的结构形式，有效分配压差，采用抗冲刷、抗拉强度和硬度高的材料，并运用堆焊、喷涂和粘结等工艺手段，提高阀瓣和阀座的表面硬度，就能有效降低和预防汽蚀的破坏作用，改善调节阀的使用性能。
1 防止调节阀汽蚀损害概述
在电厂，经常可以看到调节阀、减压阀及其他节流阀的阀瓣和阀座等内部零件产生磨痕、深沟及凹坑，这些大多是由汽蚀引起的。汽蚀严重影响了阀门的使用性能和寿命。另外，汽蚀还将导致严重的振动和噪声。利用流体力学的基本原理阐述控制阀在液体压力或流量控制过程中气蚀和阻塞流产生的原因。结合气蚀和阻塞流两者之间的关系,提出了阻塞流是产生闪蒸或气蚀的必要条件,通过避免阻塞流产生的思路来避免气蚀的产生,达到控制阀使用寿命的延长和工艺控制的安全。文中通过对阻塞流判断公式分析,简述了几种常用的避免气蚀产生的方法和特点,从而达到了避免控制阀气蚀产生。
2 汽蚀产生的原因及其影响
汽蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生的一种破坏形式，分为闪蒸和空化两个阶段。当流体流经调节阀时，由于阀座和阀瓣形成局部收缩的流通面积，产生局部阻力，使流体的压力和速度发生变化（图1）。当压力为P1的流体流经节流孔时，流速突然急剧增加，静压骤然下降，当孔后压力P2达到或低于该流体所在情况下的饱和蒸汽压力PV时，部分流体汽化成气体，产生气泡，形成汽液两相共存现象，称为闪蒸阶段。在节流处后面，压力逐渐恢复，升高的压力压缩气泡，使气泡突然破裂，称为空化阶段。气泡破裂时所有的能量集中在破裂点上，产生几千N的冲击力，冲击波的压力高达2×103MPa，大大超过了大部分金属的疲劳破坏极限，同时，局部温度高达几千℃。这些“过热点”引起的热应力是产生汽蚀破坏作用的主要原因。
流体流过节流孔时压力和速度的变化图
闪蒸会产生侵蚀破坏作用，在零件表面形成光滑的磨痕。气蚀如同砂子喷在零件表面一样，将零件表层撕裂，形成粗糙的渣孔般外表面。在高压差恶劣条件下，极硬的阀瓣和阀座也会在很短时间内遭到破坏，发生泄漏，影响阀门使用性能。
汽蚀会引起内部零件的振动，产生噪声。流体流经阀瓣时，会产生漩涡流，漩涡流和圆柱体相互作用，诱发振动，产生漩涡脱离声。当漩涡脱离的频率与阀瓣的固有频率接近或相同时，振动加大，噪声增大。如果流体流经调节阀产生闪蒸，就会形成有气泡存在的气、液两相混合体，两相流体的减速和膨胀作用也会形成噪声。另外， 空化作用时，气泡破裂释放出强大的能量， 会产生高达10kHz的噪声，气泡越多，噪声越严重。
流体流经调节阀产生汽蚀作用的同时， 会产生阻塞流，即当阀前压力P1保持一定， 降低阀后压力P2，流经调节阀的流量增加到一zui大极限值，再降低P2，流量不再增加，这个极限流量称为阻塞流。阻塞流产生前后，流量计算公式截然不同。
3 防止汽蚀破坏的方法
3.1 合理分配压差
避免汽蚀破坏的zui有效办法就是使阀门内各级压降ΔP都小于发生汽蚀的zui小压差（临界压差）ΔPT。
ΔPT=KC（P1-PV）
式中P1--阀门入口压力，MPa
KC--汽蚀系数
PV--入口温度下液体饱和蒸汽压力，MPa
KC可根据液体的压力恢复系数FL查图2确定，各种类型调节阀的压力恢复系数FL见表1。如果阀门压降较大时，可采用多级减压的方式，使每一级压降都小于ΔPT。
表1 各类调节阀压力恢复系数
3.2 采用适当的结构形式
设计特殊结构的阀座和阀瓣，使高速液体通过阀座和阀瓣每一点的压力都高于该温度下的饱和蒸汽压，并采用会聚喷射的方法，使液体本身相互冲撞，在通道间发生高度紊流，使调节阀中液体的动能由于相互摩擦而转换成热能，从而减少气泡的形成。另一方面，使汽泡的破裂发生在套筒中心，避免了对阀座和阀瓣表面的直接破坏。另外，阀座和阀瓣应采用易于拆卸的结构，损坏时便于维修和更换。阀门在进行结构设计时，还应留2mm的空行程，因为阀门在刚开启时，密封面处节流面积小，流速很高，会对阀瓣和阀座密封面产生严重冲刷，同时产生汽蚀现象。通常采用的阀门内部结构形式如图3和图4所示，图3为一种由许多同心的具有特殊钻孔的圆环形零件组成的节流套阀门，每个圆环产生一级压降，且都不超过临界压差。图4为阶梯孔套筒结构。
多级节流调节阀图
在阀门压降大于20MPa，采用笼式主件消除汽蚀时，随着阀瓣离开阀座，阀瓣和阀座线以下的压力降分布组件开通，液体开始流动，但仍有部分分布组件阻止流动，液体会在进口压力作用下，通过阀瓣和笼形主件间的间隙，进入出口压力区，高速流体就会将阀瓣和阀座冲刷出沟槽，进口压力越高，破坏性越大。为解决这种间隙流动问题，采用图5结构，这种结构不仅能逐级分布正常的压力降，而且也能分级分布阀瓣和笼形主件间的间隙流动。
调节阀间隙节流结构图
3.3 内件材料
调节阀特别是高压差调节阀主要内件一般选用耐冲刷和高抗腐蚀性材料。节流套多采用1Crl1MoV和1Crl8Ni9Ti进行氮化处理，增加表面硬度。阀座和阀瓣可在某些不锈钢基体上堆焊或喷焊硬质合金，使密封面和导向部位形成硬化表面，抗冲刷，耐磨损（图6）。
控制阀汽蚀(空化)
控制阀汽蚀现象是指介质流经阀内腔缩流处时，流速zui大，压强能zui低，如果这时的压力低于介质的饱和蒸汽压，液体气化，部分转变成含蒸汽或气体的气泡。当介质流过缩流处后，压力升高，如果超过饱和蒸汽压值，汽泡发生破裂，重新由气(汽)相变为液相，这个过程称为汽蚀或空化(Cavitation)，见图1。当汽泡爆裂时，喷射释放巨大的能量，并产生振动波，实验室证明150μm直径汽泡破裂液滴喷射速度达到400km/h,产生的瞬间爆破压力可达数千公斤，对阀内件表面造成严重冲击、侵蚀磨损(见图2)，同时会导致剧烈振动和高噪音、阻塞流的发生。对于严重汽蚀，在很短的时间内，阀内件将被损坏或者阀门的工作特性发生改变。与本文相关的论文：调节阀流通能力Kv值
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