Flash und Kavitation von Ventilen und Methoden zur Vermeidung von Kavitationsschäden, die wichtigsten technischen Eigenschaften von Ventilen

Flash und Kavitation von Ventilen und Methoden zur Vermeidung von Kavitationsschäden, die wichtigsten technischen Eigenschaften von Ventilen

Oft sieht man ein Regelventil,Reduzierventil und andere Drosselklappenscheiben- und Sitzteile mit inneren Verschleißspuren, tiefen Rillen und Vertiefungen, die meist durch Kavitation verursacht werden. Kavitation ist eine Form des Materialversagens, wenn der Druck und die Temperatur der Flüssigkeit einen kritischen Wert erreichen, der in die beiden Phasen Flash und Kavitation unterteilt wird. Flash ist ein sehr schneller Übergangsprozess, wenn die Flüssigkeit aufgrund des Sitzes und des Reglers durch den Regler fließt
Häufig sind an Regelventilen, Reduzierventilen und anderen Drosselklappenscheiben und Sitzteilen interne Verschleißspuren, tiefe Rillen und Vertiefungen zu erkennen, die meist durch Kavitation verursacht werden.
Kavitation ist eine Form des Materialversagens, wenn der Druck und die Temperatur der Flüssigkeit einen kritischen Wert erreichen, der in die beiden Phasen Flash und Kavitation unterteilt wird.
Flash ist ein sehr schneller Transformationsprozess, bei dem die Flüssigkeit durch den Regler fließt. Aufgrund des Ventilsitzes und der Ventilscheibe entsteht eine lokale Kontraktion des Strömungsquerschnitts und ein lokaler Widerstand, so dass sich der Flüssigkeitsdruck und die Geschwindigkeit ändern.
Wenn der Druck P1 des durch die Öffnung strömenden Fluids beträgt, steigt die Geschwindigkeit plötzlich stark an und der statische Druck stürzt ab. Nach dem Lochdruck P2 im Fluid verdampft bei gesättigtem Dampf vor Pv ein Teil des Fluids und es bilden sich Blasen. Das Phänomen der zweiphasigen Koexistenz von Gas und Flüssigkeit, auch Flash-Stadium genannt, ist ein Systemphänomen.
Der Regler kann den Blitz nicht vermeiden, es sei denn, die Systembedingungen ändern sich. Und wenn der stromabwärtige Druck der Flüssigkeit im Ventil wieder ansteigt und höher als der Sättigungsdruck ist, komprimiert der erhöhte Druck die Blase, so dass sie plötzlich platzt, was als Kavitationsstadium bezeichnet wird. Während der Kavitation ist die gesättigte Blase nicht mehr vorhanden und explodiert schnell wieder in den flüssigen Zustand. Denn das Volumen der Blasen ist meist größer als das Volumen derselben Flüssigkeit. Der Blasenplatzer ist also ein Übergang von einem großen Volumen zu einem kleinen Volumen.
Kavitation beim Platzen der Blase, wenn sich die gesamte Energie auf die Bruchstelle konzentriert, was zu einem Aufprall von Tausenden Newton und einem Stoßwellendruck von bis zu 2 × 103 MPa** führt, mehr als die Ermüdungsbruchgrenze der meisten Metallmaterialien. Gleichzeitig beträgt die lokale Temperatur bis zu mehrere tausend Grad Celsius, und die durch diese Hot Spots verursachte thermische Belastung ist der Hauptfaktor für die Entstehung von Kavitationsschäden.
Grate verursachen Erosionsschäden und bilden glatte Verschleißspuren auf der Oberfläche von Teilen. Wie Sand, der auf die Oberfläche des Teils gesprüht wird, wird die Oberfläche des Teils aufgerissen und es bildet sich eine raue, schlackenlochartige Außenfläche. Unter Bedingungen hoher Druckdifferenz werden sehr harte Scheiben und Sitze in sehr kurzer Zeit beschädigt, und es kommt zu Undichtigkeiten, die die Leistung des Ventils beeinträchtigen. Gleichzeitig setzte das Platzen der Blase beim Kavitationsprozess enorme Energie frei, wodurch die inneren Teile vibrierten und Geräusche von bis zu 10 kHz erzeugt wurden. Je mehr Blasen, desto schwerwiegender das Geräusch.
Methoden zur Vermeidung von Kavitationsschäden
Die Regulierung des Ventilgrats ist nicht vermeidbar, es kann jedoch die Zerstörung des Grats verhindert werden. Bei der Konstruktion von Regelventilen sind die Faktoren, die sich auf Gratschäden auswirken, vor allem die Ventilstruktur, die Materialeigenschaften und das Systemdesign. Kavitationsschäden können durch einen Zickzackpfad, eine mehrstufige Dekompression und eine poröse Drosselventilstruktur verhindert werden.
1) Ventilstruktur
Obwohl die Ventilstruktur nichts mit Graten zu tun hat, kann sie den Schaden durch Grate eindämmen. Die eckige Ventilstruktur mit von oben nach unten fließendem Medium kann Gratschäden besser verhindern als das Kugelventil. Gratschäden werden durch gesättigte Blasen mit hoher Geschwindigkeit verursacht, die auf die Oberfläche des Ventilkörpers prallen und die Oberfläche des Ventilkörpers korrodieren. Da das Medium im Eckventil direkt in die Mitte des nachgeschalteten Rohrs im Inneren des Ventilgehäuses fließt und nicht wie beim Kugelventil direkt auf die Gehäusewand auftrifft, wird die zerstörerische Kraft des Blitzes abgeschwächt.
2) Materialauswahl
Im Allgemeinen sind Materialien mit höherer Härte widerstandsfähiger gegen Blitz- und Kavitationsschäden. Zur Herstellung von Ventilkörpern werden üblicherweise harte Materialien verwendet. Da sich die Energieindustrie häufig für Ventile aus legiertem Chrom-Molybdän-Stahl entscheidet, ist WC9 eines der am häufigsten verwendeten Korrosionsschutzmaterialien. Wenn das stromabwärts gelegene Eckventil mit einer hohen Härte der Materialleitung ausgestattet ist, kann der Ventilkörper aus Kohlenstoffstahl bestehen, da ** im stromabwärts gelegenen Teil des Ventilkörpers nur Flash-Flüssigkeit vorhanden ist.
3) Gewundener Weg
Eine Möglichkeit, den Druckrückgewinn zu reduzieren, besteht darin, das Strömungsmedium durch eine Drossel mit Zick-Zack-Weg zu leiten. Obwohl dieser Zick-Zack-Weg unterschiedliche Formen haben kann, wie z. B. kleine Löcher, radialer Strömungsweg usw., ist die Wirkung bei jedem Design grundsätzlich gleich. Dieser Zickzackpfad kann bei der Konstruktion verschiedener Komponenten zur Kontrolle der Kavitation genutzt werden.
4) Mehrstufige Dekomprimierung
Jede Stufe der mehrstufigen Dekompression verbraucht einen Teil der Energie, wodurch der Einlassdruck der nächsten Stufe relativ niedrig wird, der Differenzdruck der nächsten Stufe verringert wird, eine Niederdruckrückgewinnung erfolgt und die Entstehung von Kavitation vermieden wird. Eine erfolgreiche Konstruktion ermöglicht es dem Ventil, einem großen Differenzdruck standzuhalten und gleichzeitig den Druck nach der Kontraktion über dem Sättigungsdruck der Flüssigkeit zu halten, wodurch die Entstehung von Flüssigkeitskavitation verhindert wird. Daher ist es bei gleichem Druckabfall wahrscheinlicher, dass eine einstufige Drossel Kavitation erzeugt als eine mehrstufige Drossel.
5) Poröses Drosseldesign
Die Drosselung der Öffnung ist ein umfassendes Designschema. Durch die Verwendung einer speziellen Sitz- und Ventilscheibenstrukturform wird eine Hochgeschwindigkeitsflüssigkeit durch den Ventilsitz und die Ventilscheibe an jedem Druckpunkt erzeugt, der höher ist als die Temperatur des gesättigten Dampfdrucks, und durch die Verwendung der Konvergenzstrahlmethode wird die Flüssigkeit kinetisch Durch die gegenseitige Reibung wird die Energie des Regelventils in Wärmeenergie umgewandelt und so die Blasenbildung reduziert. Andererseits erfolgt der Blasenabriss in der Mitte der Hülse, wodurch eine direkte Beschädigung des Sitzes und der Scheibenoberfläche vermieden wird.
Die wichtigste technische Leistung der Ventilfestigkeitsleistung
Die Festigkeitsleistung des Ventils bezieht sich auf die Fähigkeit des Ventils, mittlerem Druck standzuhalten. Das Ventil ist ein mechanisches Produkt, das Innendruck aushält. Daher muss es über ausreichende Festigkeit und Steifigkeit verfügen, um eine langfristige Verwendung ohne Bruch oder Verformung zu gewährleisten.

Die Dichtleistung

Die Ventildichtleistung bezieht sich auf die Ventildichtungsteile zur Verhinderung von Medienlecks und ist der wichtigste technische Leistungsindikator des Ventils. Es gibt drei Dichtungsteile des Ventils: den Kontakt zwischen den Öffnungs- und Schließteilen und der Dichtfläche des Ventilsitzes zwei; Passende Packung, Ventilschaft und Stopfbuchspackung; Verbindung von Karosserie und Motorhaube. Eine der früheren Leckagen wird als interne Leckage bezeichnet, die üblicherweise als lax bezeichnet wird und die Fähigkeit des Ventils beeinträchtigt, das Medium abzusperren. Bei der Blockventilklasse ist eine interne Leckage nicht zulässig. Die beiden letztgenannten Leckagen werden als externe Leckage bezeichnet, d. h. Medienleckage vom Ventil nach außen. Leckagen führen zu Materialverlust, Umweltverschmutzung und schweren Unfällen. Bei brennbaren, explosiven, giftigen oder radioaktiven Medien ist eine Leckage nicht zulässig, daher muss das Ventil eine zuverlässige Dichtleistung aufweisen.

Der Fluss des Mediums

Das Medium, das durch das Ventil fließt, erzeugt einen Druckverlust (Druckunterschied vor und nach dem Ventil), das heißt, das Ventil hat einen bestimmten Widerstand gegen den Durchfluss des Mediums. Um den Widerstand des Ventils zu überwinden, wird eine bestimmte Energiemenge verbraucht. Aus der Überlegung der Energieeinsparung geht es bei der Konstruktion und Herstellung von Ventilen darum, den Ventilwiderstand gegenüber dem Strömungsmedium so weit wie möglich zu reduzieren.
Öffnungs- und Schließkraft und Öffnungs- und Schließmoment

Öffnungs- und Schließkraft bzw. Drehmoment sind die Kräfte bzw. Drehmomente, die zum Öffnen bzw. Schließen des Ventils aufgebracht werden müssen. Beim Schließen des Ventils muss der Auf-/Zu-Teil hergestellt und eine Dichtung zwischen den beiden Dichtflächen gebildet werden, aber auch die Reibung zwischen Schaft und Packung, dem Ventilschaft und zwischen den Gewindegängen der Mutter sowie die Lagerreibung am Ventilstangenende müssen überwunden werden Andere Teile der Reibungskraft müssen daher eine Schließkraft und ein Schließmoment ausüben. Beim Öffnen und Schließen benötigt das Ventil eine Öffnungs- und Schließkraft und das Öffnungs-Schließ-Drehmoment ändert sich. Sein Maximalwert liegt im Endmoment des Schließens oder des ersten Moments des Öffnens. Ventile sollten so konstruiert und hergestellt werden, dass die Schließkraft und das Schließmoment reduziert werden.

Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit

Die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit wird als die Zeit ausgedrückt, die erforderlich ist, um einen Öffnungs- oder Schließvorgang des Ventils abzuschließen. Die allgemeine Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit von Ventilen stellt keine strengen Anforderungen dar, aber einige Bedingungen stellen besondere Anforderungen an die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit, wie z. B. einige Anforderungen für schnelles Öffnen oder Schließen bei Unfällen, einige Anforderungen für langsames Schließen bei Wasserschlag, Dies sollte bei der Auswahl des Ventiltyps berücksichtigt werden.
Bewegungssensibilität und Zuverlässigkeit

Dies bezieht sich auf das Ventil für mittlere Parameteränderungen, die entsprechende Reaktion auf den Grad der Empfindlichkeit vornehmen. Für Drosselventile, Druckminderventile, Regelventile und andere Ventile zur Einstellung der Parameter des Mediums sowie Sicherheitsventile, Absperrventile und andere Ventile mit spezifischen Funktionen sind ihre Funktionsempfindlichkeit und Zuverlässigkeit sehr wichtige technische Leistungsindikatoren.

Die Lebensdauer der

Es stellt die Haltbarkeit des Ventils dar, ist ein wichtiger Leistungsindikator des Ventils und hat große wirtschaftliche Bedeutung. Um die Dichtungsanforderungen sicherzustellen, kann in der Regel die Anzahl der Male ausgedrückt werden, die auch durch die Verwendung von Zeit ausgedrückt werden kann.