バルブのフラッシュとキャビテーション、およびキャビテーションによる損傷を防止する方法 バルブの主な技術的特性

バルブのフラッシュとキャビテーション、およびキャビテーションによる損傷を防止する方法 バルブの主な技術的特性

調整弁がよく見られますが、減圧弁その他スロットルバルブのディスクやシート部分の内部摩耗痕、深い溝、ピットなどは主にキャビテーションが原因です。 キャビテーションは、液体の圧力と温度が臨界値に達したときの材料破壊の一形態であり、フラッシュとキャビテーションの 2 つの段階に分けられます。 フラッシュは、流体がシートとレギュレータによってレギュレータを通って流れるときの非常に急速な移行プロセスです。
調整弁や減圧弁などのスロットルバルブのディスクやシート部分には、主にキャビテーションによる内部摩耗痕や深い溝、ピットが多く見られます。
キャビテーションは、液体の圧力と温度が臨界値に達したときの材料破壊の一形態であり、フラッシュとキャビテーションの 2 つの段階に分けられます。
フラッシュは非常に速い変換プロセスであり、流体がレギュレーターを通過するときに、バルブシートとバルブディスクが形成する流れ領域の局所的な収縮と局所的な抵抗により、流体の圧力と速度が変化します。
オリフィスを流れる流体の圧力がP1のとき、静圧が急激に増加し速度が急落し、孔圧P2を超えた後、飽和蒸気圧Pv以前の流体では、流体の一部が気化して気泡となり、気液二相共存現象の形成はフラッシュステージと呼ばれるシステム現象です。
システム条件が変わらない限り、レギュレータはフラッシュを回避できません。 そして、バルブ内の液体の下流側の圧力が再び上昇し、飽和圧力を超えると、圧力の上昇により気泡が圧縮され、キャビテーション段階として知られる気泡が突然破裂します。 キャビテーション中、飽和気泡は存在しなくなり、急速に爆発して液体状態に戻ります。 なぜなら、泡の体積は同じ液体の体積よりも大きいことがほとんどだからです。 したがって、バブルの崩壊は、大量から小量への移行です。
気泡の破裂過程におけるキャビテーションは、すべてのエネルギーが破断点に集中したときに発生し、その結果、ほとんどの金属材料の疲労破壊限界を超える数千ニュートンの衝撃、最大 2 × 103 MPa** の衝撃波圧力が生じます。 同時に、局所的な温度は摂氏数千度に達し、これらのホットスポットによって引き起こされる熱応力がキャビテーション損傷を引き起こす主な要因となります。
バリは浸食ダメージを引き起こし、部品の表面に滑らかな摩耗痕を形成します。 部品の表面に砂を吹き付けたように、部品の表面が引き裂かれ、外表面に粗いスラグ穴のようなものが形成されます。 高い圧力差条件では、非常に硬いディスクとシートが非常に短時間で損傷し、漏れが発生し、バルブの性能に影響を与えます。 同時に、キャビテーションの過程で、気泡の破裂は巨大なエネルギーを放出し、内部部品の振動を引き起こし、最大10kHzの騒音を発生させます。気泡の数が増えるほど、騒音はより深刻になります。
キャビテーションによる損傷を防ぐ方法
調整弁のフラッシュは防ぐことはできませんが、できるのはフラッシュの破壊を防ぐことだけです。 調整弁の設計において、フラッシュ損傷に影響を与える要因には、主に弁の構造、材料特性、システム設計が含まれます。 ジグザグ経路、多段減圧、多孔質絞り弁構造によりキャビテーション損傷を防止します。
1) バルブの構造
バルブ構造はフラッシュとは関係ありませんが、フラッシュのダメージを抑えることができます。 媒体が上から下に流れる角型バルブ構造により、球状バルブに比べてバリ損傷を防止できます。 フラッシュ損傷は、高速の飽和気泡がバルブ本体の表面に衝突し、バルブ本体の表面を腐食させることによって引き起こされます。 角形バルブでは媒体が球形バルブのように本体壁に直接衝突するのではなく、バルブ本体内の下流側管の中心に直接流れるため、フラッシュの破壊力が弱められます。
2) 材料の選択
一般に、材料の硬度が高いほど、バリやキャビテーションによる損傷に対する耐性が高くなります。 バルブ本体の製造には硬質材料が一般的に使用されます。 電力業界などではクロムモリブデン合金鋼バルブを選択することが多く、WC9は一般的に使用される防食材料の1つです。 下流アングルバルブに高硬度の材料パイプラインが装備されている場合、バルブ本体の下流部分の**は液体のみをフラッシュするため、バルブ本体は炭素鋼材料を選択できます。
3) 曲がりくねった道
圧力回復を減らす 1 つの方法は、ジグザグの経路でスロットルに流動媒体を通過させることです。 このジグザグの経路には、小さな穴、放射状の流路など、さまざまな形状がありますが、それぞれの設計の効果は基本的に同じです。 このジグザグの経路は、キャビテーションを制御するためのさまざまなコンポーネントの設計に使用できます。
4) マルチレベル解凍
多段階減圧の各段階でエネルギーの一部が消費され、次の段階の入口圧力が比較的低くなり、次の段階の差圧が減少し、低圧回復が行われ、キャビテーションの発生が回避されます。 適切な設計により、バルブは大きな差圧に耐えながら、収縮後の圧力を液体の飽和圧力よりも高く維持することができ、液体キャビテーションの発生を防止できます。 したがって、同じ圧力損失の場合、多段絞りよりも 1 段絞りの方がキャビテーションが発生しやすくなります。
5) 多孔質絞り設計
オリフィスの絞りは包括的な設計スキームです。 特殊なシートとバルブディスク構造を使用し、各圧力点が飽和蒸気圧の温度よりも高いバルブシートとバルブディスクを介して高速液体を生成し、収束ジェット方式を使用することで、液体の動力学を向上させます。調整弁の相互摩擦によるエネルギーを熱エネルギーに変換し、気泡の発生を低減します。 一方、気泡の破裂はスリーブの中心で発生するため、シートやディスク表面への直接的なダメージを回避します。
バルブ強度性能の主な技術的性能
バルブの強度性能とは、バルブが中圧に耐えられる能力を指します。 バルブは内圧を受ける機械製品であるため、長期間使用しても破裂や変形を起こさず十分な強度と剛性が必要です。

シール性能

バルブシール性能とは、媒体の漏れを防ぐバルブシール部品の性能を指し、バルブの最も重要な技術的性能指標です。 バルブには 3 つのシール部分があります。開閉部分とバルブシートの間の接触部分の 2 つのシール面です。 パッキンとバルブステムとパッキンボックスのマッチング。 ボディとボンネットの接合部分。 前者の漏れの 1 つは内部漏れと呼ばれ、通常は緩いと言われており、媒体を遮断するバルブの能力に影響を与えます。 ブロックバルブクラスの場合、内部漏れは認められません。 後の 2 つの漏れは外部漏れ、つまりバルブからバルブの外側への媒体の漏れと呼ばれます。 漏洩は物的損失や環境汚染を引き起こし、重大な事故の原因にもなります。 可燃性、爆発性、有毒または放射性媒体の場合、漏れは許されないため、バルブには信頼性の高いシール性能が必要です。

媒体の流れ

バルブを通過する媒体は圧力損失（バルブの前後の圧力差）を生じます。つまり、バルブには媒体の流れに対して一定の抵抗があり、媒体がバルブの抵抗に打ち勝つためには一定のエネルギーが消費されます。 省エネを考慮し、流媒に対するバルブ抵抗を可能な限り低減するバルブを設計・製作します。
開閉力と開閉モーメント

開閉力とトルクは、バルブを開閉するために適用する必要がある力またはトルクです。 バルブを閉じるには、開閉部分を作成し、2つのシール面の間にシールを形成する必要がありますが、ステムとパッキンの間、バルブステムとナットのネジ山の間、バルブロッドエンドベアリングの摩擦や他の部分の摩擦力も加わるため、閉力と閉モーメントを発揮する必要があり、バルブの開閉過程では開閉力が必要となり、開閉トルクが変化し、その最大値は終止瞬間になります。閉店の瞬間、または開店の最初の瞬間。 バルブは、閉じる力と閉じるトルクを軽減するように設計および製造する必要があります。

開閉速度

開閉速度は、バルブの開閉動作が完了するまでの時間を表します。 一般的なバルブの開閉速度は厳密な要件ではありませんが、状況によっては、事故に備えて急速に開閉する必要がある場合や、水に打たれた場合にゆっくりと閉じる必要がある場合など、開閉速度に特別な要件がある場合があります。バルブのタイプを選択する際には、これを考慮する必要があります。
動作の感度と信頼性

これは、中間パラメータ変更用のバルブを指し、感度の程度に対応する応答を行います。 スロットルバルブ、減圧バルブ、調整バルブなど、媒体のパラメータを調整するために使用されるバルブや、安全バルブ、トラップバルブなどの特定の機能を備えたバルブにとって、その機能感度と信頼性は非常に重要な技術的性能指標です。

の耐用年数

バルブの耐久性を表すものであり、バルブの重要な性能指標であり、経済的意義も大きい。 通常、表現する回数の封印要件を確保するために、時間を使用して表現することもできます。