调节阀闪蒸和气蚀现象分析

通过调节阀的流体，常常会产生闪蒸和气蚀现象。这些现象既能引起调节阀流通能力Kv值减小，又能产生噪声、振动及对材料的损坏。因此控制和降低调节阀闪蒸、气蚀的影响是阀门选型设计中必须要考虑的问题。

1 闪蒸和气蚀现象的原因

1.1 闪蒸和气蚀的简单判定

闪蒸和气蚀与调节阀的阻塞流密切相关，为了更好的理解闪蒸和气蚀现象，我们首先需要了解什么是阻塞流。阻塞流是指不可压缩或可压缩流体在流过控制阀时，所能达到的极限或最大流量状态。无论何种流体，在入口压力P1固定的情况下，随着出口压力P2的逐渐减小，流过调节阀的流量逐渐增加。当出口压力P2减小到某一个临界压力Pc以后，调节阀的流量不再增加，这个极限流量就是阻塞流。

为了分析问题的方便，我们可以简单的认为阀门的最大允许计算压力降ΔPmax=P1-Pc，如果阀门上的压差(P1-P2)大于ΔPmax，那么就会产生闪蒸或气蚀。

1.2 闪蒸和气蚀与调节阀缩流断面处的压力以及阀门两侧压差有关

调节阀实际上是一个节流缩径元件。随着液体通过缩径，流束会变细或收缩。流束的最小横断面出现在实际缩径的下游，该最小断面称为缩流断面

为维持流体稳定地流过阀门，在截面最小的缩流断面处，流速必须是最大的。流速(或动能)的增加伴随着缩流断面处压力(或势能)的大大降低。再往下游，随着流束扩展进入更大的区域，速度下降，压力增加;但下游压力P2不会完全恢复到与阀门上游P1相等的压力，阀门两侧的压差(ΔP=P1-P2)表示阀门中消耗的能量。

下面分3种情况来说明闪蒸和气蚀现象。

(1)如果缩流断面处的压力降到液体的饱和蒸汽压力以下(由于该点处速度增加)，气泡就会在流束中形成。随着缩流断面处的压力进一步降到液体的饱和蒸汽压力以下，气泡会大量地形成。在此阶段，闪蒸和气蚀之间没有差别，但是对阀门结构损坏的可能性肯定存在。

(2)如果阀门出口的压力仍低于液体的饱和蒸汽压力，气泡将保持在阀门的下游，我们就说过程发生了“闪蒸”。

(3)如果下游压力恢复使得阀门出口压力高于液体的饱和蒸汽压力，气泡会破裂或向内爆炸，从而产生“气蚀”。

很明显，高恢复阀门比较容易发生气蚀，因为它的下游压力更有可能升至液体饱和蒸汽压力之上。

2 闪蒸和气蚀的危害

出现闪蒸和气蚀现象，说明在流体中产生了高速气泡，并且气泡的产生和破裂均在极短的时间内完成，产生的冲击力极大，会对阀门和管道产生很大的破坏作用，主要表现在三个方面。

2.1 阀门损坏

发生闪蒸时，气泡对阀门的阀芯会产生严重的冲刷破坏。其特点是受冲刷表面有平滑抛光的外形，冲刷最严重的地方一般是在流速最高处，通常位于阀芯和阀座环的接触线上或附近。

发生气蚀时，饱和蒸汽气泡破裂释放出能量，会慢慢地撕裂材料，留下一个类似于煤渣的粗糙表面。气蚀造成的损坏可延伸至邻近的下游管道，如果在该处仍存在压力恢复和气泡破裂现象。

2.2 振动

闪蒸和气蚀使阀门在垂直和水平方向产生剧烈的振动，加速了管道和阀门的机械磨损，同时振动造成紧固件松动，直接威胁生产安全。

2.3 噪音

发生气蚀时，由于气泡爆裂会产生一种类似于砂石流过阀门的噪声，影响操作环境。

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