调节阀产生气蚀的原因及解决办法

调节阀产生气蚀的原因及解决办法

一、阀门气蚀原因

气蚀是材料在液体的压力和温度达到临界值时产生破坏的一种形式。

当液体通过节流孔时，流体流道面积的缩小导致流速迅速增加，速度的增加，产生了速度和压力之间的能量转换，流体压力下降。压力在节流孔下游侧附近达到最低值，这时其速度最大，压力最小。当该处的压力Pvc 低于液体蒸汽压Pv 且阀门下游压力P2 高于液体蒸汽压Pv 时，就会发生气蚀。

根据伯努利方程，流速越高压力越小。根据热力学原理，压力小则液体的沸点降低，同时液体里能够溶解的气体也会变少。

在某些流动中，由于速度特别快，压力迅速下降，导致液体中溶解的气体析出，更进一步液体会沸腾。这样就产生了气泡。

气泡会阻塞流动，导致速度降低，压力回升，于是气体变成了液体，气泡破解。

没有气泡阻塞，则流体流速加快，又产生气泡。

这种循环往复会产生巨大的压力波动对于材料表面特别容易产生疲劳，并导致设备损坏。

气蚀分为闪蒸和空化两个阶段。物质的沸点随着压力的增大而升高，饱和高压液体减压后其沸点降低，这时液体温度高于减压后压力下的沸点，迅速沸腾汽化。

a) 闪蒸就是指高压的饱和液体进入经过减压后由于压力的突然降低使得这些饱和液体变成一部分的减压后压力下的饱和蒸汽和饱和液，产生气泡；

b) 而当下游液体压力又升回来且高于饱和压力时，升高的压力压缩气泡，使其破灭，气泡形成、发展和破灭的过程称为空化。

二、阀门气蚀危害

在空化过程中饱和气泡不再存在，而是迅速爆破变回液态，由于气泡的体积大多比相同的液体体积大，所以说气泡的爆破是从大体积像小体积的转变。

气蚀过程中气泡破裂时所有的能量集中在破裂点上，产生几千牛顿的冲击力，冲击力的压力高达2000Mpa，大大超过了大部分金属材料的疲劳破坏极限。闪蒸产生侵蚀破坏作用，在零件表面形成光滑的磨痕，而气蚀如果砂子喷在零件表面一样，将零件表层撕裂，形成粗糙的渣孔般的外表面。

在高压差恶劣条件下，容易造成阀内件损坏，发生泄漏，同时气蚀过程中，空化时气泡破裂释放出巨大的能量，引起内部零件的振动，产生高达10KHZ的噪声，气泡越多，噪声越严重。

当液体流过阀座通孔或节流孔时，会突然加速、气化和膨胀，在管路中产生紊流、振动和动力噪声。气蚀气泡的破裂是噪声的主要来源，通常有气蚀就有噪声，噪声量直接与气蚀程度有关。因此，气蚀对调节阀系统管路的影响相当大。

三、气蚀解决方法

避免阀门气蚀，有如下几种方法：

(1) 通过控制压力降来消除气蚀从而防止破坏。如果通过阀门的压力降经过控制而使得局部压力不会低于蒸汽压力，那么蒸汽气泡就不会形成，没有蒸汽气泡的破裂，也就不会产生气蚀。为了消除气蚀，可使用多级降压内件，把通过阀门的压降分成数个较小的压降，每一个较小压降都确保其缩流断面处的压力大于蒸汽压力，因此没有蒸汽气泡会形成。

(2) 第二种方法不是消除气蚀，而是像闪蒸的解决方法一样尽可能减小或隔离其破坏。这种方法的目标是把气蚀与阀内表面隔离开来，并硬化那些会受到气蚀冲击的表面。

(3) 以某种方式改变工艺系统以防止气蚀产生的原因。如果能将上图中阀门出口压力P2 升高以致于缩流断面处的压力不会降到蒸汽压力Pvc以下，也就是说阀门不再被阻塞，那么气蚀就可以避免了。

将阀门移到下游处有较高静压头的位置可以提高P2 的值。增加一个限流孔板或类似的背压装置也能升高阀门的P2 值；下游存在把气蚀从阀门转移到限流孔板处的潜在的可能性。