反汽蝕高壓調(diào)節(jié)閥解決壽命問(wèn)題

通常PN≥16MPa的閥被稱為高壓閥。高壓閥使用中的主要問(wèn)題是壽命問(wèn)題(大壓差下出現(xiàn)的汽蝕、閃蒸、沖蝕等物理現(xiàn)象對(duì)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(gè)月，為了解決高壓閥壽命短的問(wèn)題，國(guó)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(jí)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(gè)，通過(guò)減輕汽蝕、沖蝕、閃蒸等物理現(xiàn)象對(duì)閥的破壞，來(lái)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(jiǎn)單就是美”的原則設(shè)計(jì)反汽蝕高壓閥，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)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(gè)：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(huì)產(chǎn)生閃蒸，由此再產(chǎn)生汽蝕，并對(duì)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(guò)截面最小的節(jié)流口時(shí)流速是最大的。流速(或動(dòng)能)的增加伴隨著壓力(或勢(shì)能)的大大降低。當(dāng)壓力低于介質(zhì)飽和蒸汽壓時(shí)，氣泡就會(huì)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(huì)大量地形成。在此階段閃蒸和汽蝕之間沒(méi)有本質(zhì)的差別，但是對(duì)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(guò)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(duì)閥門的閥芯會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷破壞，其特點(diǎn)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(zhǎng)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(jì)算、選型，這是設(shè)計(jì)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(shí)，氣泡會(huì)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(guò)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(huì)慢慢撕裂材料，留下蜂窩狀的小孔。汽蝕的破壞作用可能會(huì)延伸到鄰近的下游管道。顯而易見，從壓力恢復(fù)系數(shù)來(lái)看，高恢復(fù)閥門比較容易發(fā)生汽蝕，因?yàn)樗�的�?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(shí)，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(shí)閃蒸破壞更嚴(yán)重，沖刷破壞是主要矛盾。在大開度工作時(shí)，主要矛盾是系統(tǒng)壓力恢復(fù)到飽和壓力以上時(shí)造成的汽蝕破壞。所以，用戶在使用高壓差閥時(shí)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(huì)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(jí)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(shì)，但多級(jí)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(duì)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(jiǎn)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(guó)家專利(專利號(hào)：ZL92220633.3)。(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(jí)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(dòng)薄膜反汽蝕高壓閥“孔板+單座閥+套筒閥”三級(jí)節(jié)流結(jié)構(gòu)，將通過(guò)閥門的壓降分成數(shù)個(gè)較小的壓降，每個(gè)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(duì)閥的破壞作用。同時(shí)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(wèn)題，同時(shí)小孔噴射節(jié)流結(jié)構(gòu)可以減少抗流對(duì)閥芯座的單邊局部破壞作用，降低節(jié)流喑音。因?yàn)樾】讎娚浞绞匠惺芰碎y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(guò)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(lái)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(lái)減小顆粒沖擊作用。(5)撓流會(huì)造成局部嚴(yán)重沖蝕，應(yīng)采用分散擾流的方法來(lái)克服。(6)采用多級(jí)節(jié)流結(jié)構(gòu)，將通過(guò)閥門的壓降分成數(shù)個(gè)較小的壓降來(lái)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(shí)，應(yīng)配強(qiáng)力活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

四、使用注意事項(xiàng)(1)防止小開度工作是關(guān)鍵，小開度工作會(huì)成倍縮短壽命。選型遇到這類情況時(shí)，應(yīng)縮小DN或dg；(2)對(duì)大口徑閥，必須仔細(xì)計(jì)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(duì)口徑小、壓差又特別大的閥，備好節(jié)流件，以便需要時(shí)及時(shí)換上；(4)95年化工部通報(bào)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(dòng)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)。