說明FESTO電磁閥蝕現(xiàn)象的分析以及改進(jìn)措施
FESTO電磁閥在溫壓工況使用過程中,管道流體往往因設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝或工藝參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)仍蚨a(chǎn)生氣蝕,對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)件造成嚴(yán)重的損傷,同時(shí)引起整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)及噪聲,嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)閥的使用壽命及控制系統(tǒng)的性,給工業(yè)帶來很大的隱患。
FESTO電磁閥是一種水力流動(dòng)現(xiàn)象,氣蝕的直接原因是管道流體因阻力的突變產(chǎn)生了閃蒸及空化。在工藝系統(tǒng)中FESTO電磁閥屬節(jié)流部件,起變阻力元件的作用,其核心是一個(gè)可移動(dòng)的閥瓣與不動(dòng)的閥座之間形成的節(jié)流窗口,改變閥瓣位置就可改變FESTO電磁閥的阻力特性,進(jìn)而改變整個(gè)工藝系統(tǒng)的阻力特性。
在壓差(△p>2.5MPa)時(shí),FESTO電磁閥的調(diào)節(jié)過程就是阻力的突變過程,此過程極易產(chǎn)生氣蝕。為便于分析,將FESTO電磁閥的節(jié)流過程模擬為節(jié)流孔調(diào)節(jié)式。
可以看出進(jìn)口壓力為p1,流速為V1的流體流經(jīng)節(jié)流孔時(shí),流速突然急劇增加,根據(jù)流體能量守恒定律,流速增加靜壓力便驟然下降。
當(dāng)出口壓力p2達(dá)到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓pv時(shí),部分液體就汽化為氣體,形成氣液兩相共存的現(xiàn)象,此既為閃蒸的形成。
如果產(chǎn)生閃蒸之后,p2不是保持在飽和蒸汽壓之下,在離開節(jié)流孔后隨著流道截面的增大流速相應(yīng)減小,閥后壓力急驟上升。
升的壓力壓縮閃蒸產(chǎn)生的氣泡,氣泡由圓形變?yōu)闄E圓形,隨后達(dá)到臨界尺寸的氣泡上游表面開始變平,然后突然爆裂。所有的能量集中在破裂點(diǎn)上,產(chǎn)生巨大的沖擊力,其強(qiáng)度可達(dá)幾千牛頓。此沖擊力沖撞在閥瓣、閥座和閥體上,使其表面產(chǎn)生塑性變形,形成一個(gè)個(gè)粗糙的蜂窩渣孔,這便是氣蝕形成的過程。氣蝕現(xiàn)象不僅僅存在于壓差的調(diào)節(jié)閥內(nèi)部,在工業(yè)的很多域都存在此現(xiàn)象。
從分析可以看出,產(chǎn)生氣蝕是因?yàn)榘l(fā)生了空化,而發(fā)生空化的原因是節(jié)流引起了壓力的突變,因此應(yīng)避免空化的產(chǎn)生。而產(chǎn)生空化的臨界壓差即阻塞流形成的壓差△pT為
式中FL———壓力恢復(fù)系數(shù)
如果工藝條件必須使△p>△pT,可以將兩個(gè)調(diào)節(jié)閥串聯(lián)起來使用,這樣每個(gè)FESTO電磁閥的壓差△p都小于△pT,空化便不會(huì)產(chǎn)生。如果閥的壓差△p小于2.5MPa,一般不會(huì)產(chǎn)生氣蝕,即使有氣蝕的產(chǎn)生也不會(huì)對(duì)閥門造成嚴(yán)重的損壞。
另外,選用角形調(diào)節(jié)閥也可減弱閃蒸破壞力。因?yàn)榻切伍y中的介質(zhì)直接流向閥體內(nèi)部下游管道的,而不是直接沖擊體壁,所以減少了沖擊閥體體壁的飽和氣泡數(shù)量和數(shù),相應(yīng)的減少了氣蝕的發(fā)生。
從氣蝕的結(jié)果分析,材料硬度不能抵抗氣泡破裂而釋放的沖擊力是造成損傷的主要原因,但能夠長時(shí)間抵御嚴(yán)重空化作用的材料很少,價(jià)格昂貴,內(nèi)外常用的材料為司太萊合金(含鈷、鉻、鎢的合金,45HRC)、硬化工具鋼(60HRC)和鎢碳鋼(70HRC)等。但硬度的材料加工成型不方便,極易脆裂,加工成本大,一般常用的方法是在不銹鋼基體上進(jìn)行堆焊或噴焊司太萊合金(圖2),在流體氣蝕沖刷處形成硬化表面。
當(dāng)硬化表面出現(xiàn)損傷后,可以進(jìn)行二堆焊或噴焊,這樣既能增加設(shè)備的使用壽命,又減少了裝置的維修費(fèi)用。
分析結(jié)果證明,空化是因?yàn)閴毫Φ耐蛔兯?而系統(tǒng)要求的壓降又不能降低,所以采用將一大的壓力突變分解為若干的多閥瓣結(jié)構(gòu)(圖3),這種結(jié)構(gòu)的閥瓣可以把總壓差分成幾個(gè)小壓差,逐降壓,使每一都不超過臨界壓差?；蛟O(shè)計(jì)成特殊結(jié)構(gòu)的閥瓣和閥座,如迷宮式閥瓣及疊片式閥瓣等,都可以使速流體在通過閥瓣和閥座時(shí),每一點(diǎn)的壓力都于在該溫度下的飽和蒸汽壓,或使液體本身相互沖撞,在通道間導(dǎo)致度紊流,使液體的動(dòng)能由于相互摩擦而變?yōu)闊崮?可減少氣泡的形成。
