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控制阀中的液体流量–阻塞流量,气蚀和闪蒸

发布时间2019-11-29人气:34

控制阀中的液体流量–阻塞流量,气蚀和闪蒸


阻塞流量

图1的左上方显示了基本的液体尺寸方程,它告诉我们通过控制阀的液体流量与压降的平方根成比例。图1中绿色部分以图形方式显示了这种简单关系。(请注意,水平轴的比例是压降的平方根。)这种线性关系并不总是成立。随着通过降低下游压力而增加压降,流量达到不再增加的程度。一旦发生这种情况,跨阀的压降的额外增加不会导致额外的流量,并且据说流量被阻塞。在这里,我们将调用此限制或窒息的压力降ΔP 哽咽,以便与IEC和ISA控制阀尺寸方程式标准的最新版本保持一致。(两个标准在技术上是相同的。)在发布2011年版的IEC阀门尺寸方程式标准和2012年版的ISA阀门尺寸方程式标准之前,未阻塞流量与非阻塞流量之间的分界线没有正式名称。流量flow塞,因此阀门制造商起了自己的名字。图1列出了一些最常见的方法。

图1.控制阀中的液体流量随阀两端压降的变化而变化。
让我们看一下阀门内部发生了什么情况,从而导致流量阻塞。当水流通过腔静脉收缩时(水流的横截面积最小的点),流速达到最大。能量守恒规定,由于腔收缩处的动能已增加到最大,因此以静压形式的势能必须减少到最小。这在图2的左下方以图形方式说明。请注意,在图中,ΔP小于ΔP 阻塞,流量未阻塞。

图2. 没有阻塞流量的控制阀中的速度和压力曲线
在静止的液体下,将周围压力降低至液体的蒸气压将导致液体开始汽化。由于任何特定的液体分子组都在很短的时间内位于腔静脉中,因此实验表明,在开始汽化之前,腔静脉收缩处的压力实际上必须略低于液体的蒸汽压。在IEC和ISA标准中,液体临界压力比 F F近似等于低于蒸气压的压力,该压力必须达到腔收缩压力才能开始汽化并流向节流阀图2显示了用于计算F F的ISA和IEC方程因此,ISA / IEC方程计算ΔP的值哽咽,液体的蒸气压乘以F F或在ΔP 扼流方程“ F F P V ”中写成。应该注意,在教科书和制造商文献中,液体临界没有提及压力比因子,但作者认为此处稍微增加复杂性是合理的,以便使读者对控制阀中的液体流动主题有更全面的了解。

如果流量增加到腔静脉收缩压降至F F P V的程度,在腔静脉中会形成汽泡。下游压力的任何其他降低都会导致更多的气泡形成,但腔静脉收缩处的压力不会降低到F F P V以下在这一点上,值得注意的是,流经控制阀的流量取决于P 1和P vc之间的压力差(腔静脉收缩处的压力),并且由于腔室收缩压力不会降低到F F P V以下,流量不增加,导致流量阻塞。图3说明了阻塞过程以及下一段中讨论的气穴现象。注意,在图中,ΔP大于被扼流的 ΔP 流量被阻塞。


空化

随着气泡向下游移动,横截面流动面积打开,速度下降,压力上升。现在,我们的气泡的内部压力等于被较高压力包围的蒸气压。气泡自行破裂。气泡形成和由此产生的阻塞流以及下游气泡破裂的这种结合称为“空化”。当气泡崩溃时,它们会发出爆破声。结果是像砾石一样的噪音通过阀门。这种噪音可能足够大,很烦人,甚至足以损坏长时间暴露于此的人的听力。同样,当气泡破裂时,它们会产生冲击波,从而可能严重损坏阀门。空化损伤的外观是粗糙的煤渣状外观。(请参见图3右上角的截止阀塞图片。)这种损坏可能很快发生,有时甚至需要几个星期或几个月。由于气蚀损坏发生得如此之快,因此我们会尽一切努力避免气蚀。坚硬的材料可以带来一些改进,但是通常改进的性能不足以证明其成本合理。

图3.流量和气穴堵塞的控制阀中的速度和压力曲线。

闪烁

如果继续降低下游压力,则会达到阀下游压力小于液体蒸气压的状态,此时情况如图4所示。

图4.控制阀中的流速和压力曲线,其中流量阻塞且闪烁。
现在,气泡不再坍塌,而是变得更大,并且很快从其中带有气泡的液体过渡到其中带有少量液滴的蒸气。这称为闪烁。闪烁损坏的外观与空化损坏完全不同,并显示为光滑,有光泽的河流和山谷。(请参见图4右上角的截止阀塞子。)损坏机理是喷砂效果。在静脉收缩的下游,气流由大量蒸气和许多微小液滴组成。因为当液体蒸发时体积会大大增加,所以下游速度可能达到每秒数百英尺,并且高速液滴会腐蚀掉阀部件。闪烁引起的损坏通常不会像气蚀那样迅速发生。使用坚硬或耐腐蚀的材料通常会导致损坏在允许的范围内。由坚硬的不锈钢制成的饰件(例如17-4 ph)可以很好地固定,而316ss或铬钼合金的性能要比碳钢好得多。闪烁条件的存在由系统(P2小于P v),阀门选择既不会引起也不会阻止闪烁。由闪光引起的噪声通常低于85 dBA,据作者所知,没有计算闪光噪声的方法。


实际情况

图1和有关液体阻塞流的讨论是经典讨论,它暗示着从非阻塞流到完全阻塞流的突然过渡。在现实中,在压降接近,但低于ΔP的计算值哽咽,通常会形成一些汽泡和一定程度的气蚀现象。图5显示了当流量从非阻塞流转换为完全阻塞流时实际发生的情况。图5显示了当流量从非阻塞流转换为完全阻塞流时实际发生的情况。

图5.非阻塞流与阻塞流之间的实际过渡。
过渡的长度取决于阀中主要节流阀的形状。许多旋转阀的横截面流动面积不规则,在较低的工作压力下降时会导致大量的窒息和气蚀现象,这些压力下降可能始于一个局部区域,并随着阀两端压力下降的增加而逐渐扩散到整个限制区域,从而导致流量增大。完全cho住了 大多数截止阀中的限制是相当对称的,从而缩短了转换时间。当前的ISA和IEC控制阀选型方法不包括计算从非阻塞流到完全阻塞流的过渡开始和结束的位置的方法,仅提供计算图1和图5中红线和绿线的公式。图5还表明,即使在流量曲线开始偏离直线之前,也可能开始产生噪音和气蚀损害。当气穴收缩处主流的平均压力仍高于F时,便开始了汽蚀的第一阶段。˚F P V在流量突然增加的点上,附着在阀门物理边界上的流线会分离,当流线形成时,它们会形成涡流或涡流。涡流中的旋转速度可以足够高,以使涡流内部的局部压力下降到低于蒸气压,并形成蒸气气泡。随着涡流转速的降低,气泡周围的压力增加,气泡破裂,从而产生噪音和损坏。扼流

的ΔP值是两个过程条件(P 1,阀门上游压力和P v)的函数。,液体的蒸汽压)和阀的内部几何形状(由实验确定的液体压力恢复系数F L表示)L的典型值如图6所示。请注意,F L是阀门样式和阀门开度百分比的函数。L的值越高,阀的阻流和气蚀的可能性就越小,而F L的值越小,阀的阻流和气蚀的可能性就越大。

有几种方法可以增加被扼流的ΔP值,从而减少产生气蚀的可能性以及相关的噪音和损坏:(1)P 1的值通过将控制阀移至更上游的位置或较低高度的位置,可在保持ΔP不变的同时增加ΔP。(2)可以通过在液体温度较低的位置(例如热交换器的冷侧)安装阀门来降低蒸气压。(3)可以选择L值较高的阀样式有趣的是,通常,随着F L的增加,阀门的价格也会增加。许多阀门样式都有特殊的抗气蚀适应性,其F L比图6所示的大,但仍保留了该样式的其他理想特征。


图6. 液体压力恢复系数 FL的典型值


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