Методы предупреждения кавитации, вскипания и эрозии в регулирующих клапанах.

---

Методы предупреждения кавитации, вскипания и эрозии в регулирующих клапанах.


В регулирующих клапанах может наблюдаться ряд негативных явлений, таких как кавитация, вскипание и эрозия, которые оказывают разрушающее воздействие на внутренние элементы клапана, вызывая их преждевременный износ и повреждение. Это нарушает технологический процесс и зачастую влечет за собой серьезные потери.

Кавитация заключается в локальном вскипании жидкости в случаях, когда давление опускается ниже давления насыщения. Чаще всего это происходит в зоне местного сужения потока — точке наибольшей скорости потока и наибольшего снижения давления. В жидкости образуются пузырьки пара, которые подвергаются схлопыванию при увеличении давления на выходе клапана. Это явление характеризуется внезапным ускорением и образованием двухфазной смеси: жидкость — пар. Энергия, высвобождаемая в этом процессе, вызывает поверхностное напряжение, которое приводит к повреждению внутренних частей клапана. Кроме того, кавитация вызывает вибрацию, увеличение уровня шума и снижение коэффициента расхода клапана.

Явление вскипания заключается в постепенном испарении жидкости в результате снижения давления ниже давления насыщения на выходе клапана. В то время как в жидкости образуется двухфазная смесь, объем и скорость потока возрастают. Неиспарившиеся частицы жидкости с большой энергией воздействуют на внутренние элементы клапана, вызывая их преждевременный износ в результате эрозии.

Последствия эрозии и абразивного износа еще более значительны, когда рабочая среда содержит твердые частицы. В случаях, если в клапане дополнительно присутствуют большие давления и скорость потока, то срок службы стандартных элементов клапана резко снижается.

Рассмотрим методы предупреждения описанных выше неблагоприятных явлений, предлагаемые компанией POLNA. Методы можно разделить на три группы:

применение специальной конструкции клапана;
правильная установка клапана;
применение специальных конструкционных материалов.

В течение последних нескольких лет компания POLNA разрабатывает конструкции клапанов, предназначенных для работы в сложных условиях. Клапаны с перфорированными дросселирующими структурами (плунжеры, клетки, тарелки) и с многоступенчатыми элементами предназначены для ограничения и исключения проблем, связанных с шумом, кавитацией, вскипанием или критическим потоком.

Важную роль играют правильная установка клапана, выбор между проходным и угловым клапанами, а также определение наиболее благоприятного направления потока.

Что касается конструкционных материалов, то их правильный выбор и способы улучшения их качества имеют большое влияние на долговечность и надежность изделия.

Компания POLNA использует следующие методы улучшения механических свойств элементов клапана:

• закалка и отпуск в диапазоне твердости 35–55 HRC, в зависимости от типа и функции элемента;
• стеллитирование (стеллит № 6) профилей или поверхностей седел, плунжеров, направляющих втулок, штоков; твердость ок. 40 HRC;
• элементы, полностью изготовленные из стеллита (плунжера, седла) или титана (штоки);
• жидкостное или газовое азотирование (CrN), твердость 900 HV, толщина упрочненного слоя ок. 0,1 мм;
• покрытие BELZONA 1590, наносимое на внутренние поверхности корпуса;
• элементы, выполняемые из керамики.