中国电气传动网

第一电气传动平台



总访问量:390687

关键词搜索:

  • 工业机器人
  • 人工智能
  • 智能制造
  • 智能化
  • 自动化
  • 工业4.0
  • 互联网
  • 大数据
  • 中国电气传动
  • 工业自动化

【手机端】

流体现象:蝶形控制阀中的气蚀现象

   日期:2020-01-03     浏览:63    评论:0    
核心提示:空化是指当静压达到特定液体的蒸气压时,液体中微小的气泡破裂的现象。当由于阀两端的高压差而导致的高速降低静压时,就会发生这种情况。空化对阀门设计者和阀门使用者都是祸根。它不仅会严重损坏阀内件,还会产生超过110分贝的声音。

空化是指当静压达到特定液体的蒸气压时,液体中微小的气泡破裂的现象。当由于阀两端的高压差而导致的高速降低静压时,就会发生这种情况。空化对阀门设计者和阀门使用者都是祸根。它不仅会严重损坏阀内件,还会产生超过110分贝的声音。

当爆裂的气泡产生压力波时,会以1.5×10 11 m / s 2的速度加速并达到500 m / s的速度,从而造成损坏。即使气泡尺寸的直径只有大约200微米,硬化的钢也无法抵抗这种冲击。

已经存在消除或至少减少节流阀中的气穴现象的方法。最简单的方法是通过更改一个阀的高度或串联安装两个阀来降低压降。但是,由于系统限制,这些方法通常不可行。如果可能的话,应该将阀的压降限制在空化指数Xfz指示的压力水平以下,其中Xfz是允许的压力差P除以入口压力减去蒸汽压力(绝对压力)。XFZ值可从图7中得出了Cv是被定义为CV = 1.17×全行业流量系数[Q /(P1 - P2)0.5 ],其中Q =米3/ hr的冷水和P的单位为bar(abs)=(1×105 Pascal)。例如,要求Cv为50的DN 100传统截止阀的Xfz系数为0.34。

对抗空化的其他已知方式是将空气注入流体中或利用由空化流体产生的真空压力。蝶阀具有空心杆,该空心杆将外部空气引导到多个小孔中,并将空气分散到水中。仅当蒸汽压力处于真空中并且特定的流体能够耐受空气夹杂时,才可以这样做。

减少气穴现象的另一种非常有效的方法是利用截止阀内部的钻孔笼,有时使用数百个钻孔。效果是双重的。首先,小孔增加了Xfz因子,其次,所产生的小喷口仅产生局部气蚀。缺点是,这是一种昂贵的解决方案,无法轻易扩大规模。

通常,蝶阀由于成本较低而特别用于较大尺寸。为了减少此类阀门中出现气穴的趋势,公司采用了专有的叶片设计。在叶片的两个前缘上使用一排齿将液体射流分开。轶事信息表明,这种设计确实减少了气蚀现象,因为这些阀门在日本成功使用,最大尺寸为2米,用于饮用水管道。 这些阀的缺点是它们不能提供紧密的关闭,并且不能提供更流行的等百分比流量特性。另一种设计解决了此类缺陷。在此,将低噪音插入件连接到传统的三偏心蝶阀上,从而提供截止功能。附件不仅减少了气蚀现象(如下文所述),而且由于附件齿部的特殊构造,还产生了相同百分比的流量特性。

减少气蚀

首先介绍一些理论:到目前为止,我们大多数人都熟悉流体阻力(FL)因素,表示阀中的压力恢复。尽管自1963年以来才知道阀中压力恢复的概念,但这个因素对于正确确定阀的尺寸是非常宝贵的帮助。

大多数人可能不知道,FL因子告诉我们阀门中有多少动能(速度扬程)转化为湍流和热量。FL和水头损失系数K或Σ之间存在相关性;这里K = FL 2。顺便提及,FL适用于所有牛顿流体,无论是液体还是气体。

假设阀门的FL为1。这里所有动能都转化为热量(湍流),因此阀门不会发生气蚀现象。另一方面,考虑常规FL值为0.65的蝶形阀。此处的K系数为0.422,这意味着只有42%的动能被转换,其余的则用于蒸发一些液体。蒸汽然后进入阀的压力恢复区,从而造成损坏和噪音。

其中绝对压力为10 bar,入口压力为4.5 bar。使用0.65的典型蝶阀FL,我们注意到速度头为13 bar。这是一个理论值,因为速度头不能超过蒸气压。但是,这意味着等于2 bar的能量被用来蒸发液体,并且会发生气蚀现象。另一方面,如果使用另一个FL为0.84的阀,则速度扬程仅为7.8 bar,底部将保持在远高于蒸气压的水平,因此不会出现气穴现象。

在意识到水头损失的重要性之后,人们发现Yeary阀的配置确实产生了足够的液压摩擦,从而产生了高FL值。在DN 150(6英寸)阀门上打开60度(对于具有高压降的阀门而言,开口较大)和FL系数为0.8时的水测试结果。在这里,进口压力为7.7 bar绝对压力,而压降降至1 bar绝对压力以下。

也许令人惊讶的是,所计算的电平与麦克风读数的接近程度。请注意,蓝线对应于湍流水预测的30 log(10X)关系。空化在5 bar压降(入口压力的64%)下发生。空化幅度经计算为5.6 dB,与测试数据匹配。请注意,当X等于FL 2时,斜率的增加会终止,这大约在3 bar绝对值的P2周围发生。

该测试表明,计算出的湍流斜率可以轻松地用于预测空化的发生。在这种情况下,它发生在3 bar的出口压力附近,如方程式P2cav所预测。= P1 – [(P1 – Pv)×FL 2],计算出的极限值为2.8 bar。尽管缺少测试点,但估计的气蚀声级与测试数据非常匹配。当出口压力降至真空时,水会被蒸汽饱和,声音突然下降。

这些测试已在打开20度和30度时重复进行,结果几乎相同。例如,在20度打开时,0.150阀门仅在Xfz为0.83时才开始空化,并且空化幅度仅为3 dB。

气蚀仅发生在6.3 bar(X = 0.81)的高压降下。3 dB的空化幅度与预测相符,其中幅度= 60 log(Xy / Xfz),Xfz = 0.81和Xy = 0.91。测试数据和计算之间明显的4 dB和5 dB的差异可以部分归因于实验室中大量的泵噪声。

所有测试都证实了动态流体能量到静态能量的超高转化率,从而避免了除非常高的压降区域外的所有空化现象。作为阀门的设计者,我可以证明这些功能的准确性。这些测试还表明,声音在测试阀的气穴特性方面可以发挥重要作用。

截止阀是一种两级设备,由一个FL约为0.6的塞子和一个座环组成,这意味着Xfz系数为0.36。具有曲折流动路径的阀体的FL可以为0.9,从而使总FL = 0.82。这里的控制Xfz是阀内件的控制Xfz(实际上发生气蚀的位置),并且关系Xfz =总FL的平方根不适用。

所有测试均在美国犹他州洛根市的犹他州水研究实验室进行,并由PE Johnson的Michael Johnson教授指导。我感谢约翰逊博士的帮助和宝贵的建议。

 
标签: 解决方案
点赞
 
更多>同类新闻资讯
0相关评论



版权与免责声明:

① 凡本网注明"来源:中国电气传动网"的所有作品,均由本网编辑搜集整理,并加入大量个人点评、观点、配图等内容,版权均属于中国电气传动,未经本网许可,禁止转载,违反者本网将追究相关法律责任。

② 本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,我们将在您联系我们之后24小时内予以删除,否则视为放弃相关权利。

推荐图文
推荐新闻资讯
点击排行
 
关闭