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空蚀和闪蒸

空蚀和闪蒸

控制阀的不良影响当中最大的一个就是空蚀和闪蒸。这些现象会产生噪音和振动,对阀门主体和附近的管道造成损伤,对阀门的尺寸造成很大的影响。

为了选择合适的阀门,需要充分理解空蚀和闪蒸的影响。

➔ 发生的原理 / 压力损失和压力恢复的状态

◎ 发生的原理

■ 产生气泡(Cavity)
液体刚刚通过阀门的座部后,流速(U)变为最大,压力(P)下降。(右图)
当液压低于其蒸气压力(Pv)时,会开始沸腾,形成蒸气。这种情况下的蒸发并不是通常温度上升时产生蒸气,而是由于流体压力比Pv低而导致的沸腾。

■ 气泡压爆(Cavitation)
通过阀门而降低的压力在下游侧逐渐恢复原后,气泡会再次受到压缩而破裂。
由于该急剧的气泡压爆,产生的能量会放射到周围,冲击阀门主体和管道内壁,引起剧烈的机械损伤。据悉冲击时的力量高达700MPa。
这时会产生15~10000Hz的大频率范围的噪音。这种现象造成的损伤叫做空蚀(Cavitation Erosion)。

■ 闪蒸导致流量变化(Flashing)
当通过阀门而低于Pv的流体压力在下游侧未上升到Pv时,出口侧会处于闪蒸状态。
一部分液体变成蒸气,比容增加,形成塞流状态,通过阀门的流量与不再成比例,即使差压增加,流量也不会增加。

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◎ 压力损失和压力恢复的状态

下方的图显示了流体通过阀门时的压力变化,即压力损失和压力恢复的状态。

图1

■ 不会引起空蚀的差压区域
在图1中,流体即使通过阀门,Pvc也不会低于Pv,因此不会发生沸腾现象,依然保持液体的状态。

式1

在Pc不明的情况下,如果Pv < 0.5P1,则用Pv替换上述公式的Pvc进行判定。

图2

■ 发生空蚀状态的差压区域
在图2中,降至到Pv以下的压力会在出口侧恢复到Pv以上,所以产生的气泡会再次压爆。此时气泡的破裂现象就叫做空蚀(Cavitation)。

● 发生初期空蚀状态的差压区域

式2

● 发生完全空蚀状态的差压区域

式3

在Pc不明的情况下,如果Pv < 0.5P1,则用Pv替换上述公式的Pvc进行判定。

图3

■ 闪蒸的状态

在图3中,由于Pvc保持低于Pv的状态,P₂也未恢复到Pv以上,所以出口侧为蒸气和液体的两相流体。这种状态叫做闪蒸,由于是塞流状态,对阀门的流量会造成很大的阻碍。

式2

■ FL值越小(蝶阀等),差压越大,就越容易发生闪蒸或空蚀。
因此,根据情况,有时需要探讨阀门的型号、硬化处理等。