蒸汽減壓閥閃蒸、空化

                     上海申弘閥門(mén)有限公司

之前介紹減壓閥入口壓力小于設(shè)定值，現(xiàn)在介紹蒸汽減壓閥閃蒸、空化閃蒸、空化及其影響
    在控制閥內(nèi)流動(dòng)的液體，常常出現(xiàn)閃蒸和空化兩種現(xiàn)象，它們的發(fā)生不但影響控制閥公稱尺寸DN的選擇和計(jì)算，而且將導(dǎo)致嚴(yán)重的噪聲、振動(dòng)、材質(zhì)的破壞等，直接影響控制閥的使用壽命。因此在控制閥的計(jì)算和選擇過(guò)程中是不可忽視的問(wèn)題。在蒸汽節(jié)能技術(shù)中，高壓輸送低壓使用是一個(gè)基本原則。低壓使用可以提供蒸汽中更大比例的潛熱、可以減少冷凝水所含熱量，減少二次蒸汽量、具有更高的干度。 在國(guó)內(nèi)使用減壓閥的行業(yè)很多，但也伴隨著許多問(wèn)題，如有的減壓閥僅實(shí)現(xiàn)減壓功能，不能穩(wěn)壓，造成下游用汽設(shè)備的損壞。有的減壓閥經(jīng)常出現(xiàn)上游壓力波動(dòng)或下游負(fù)荷變化，很難實(shí)現(xiàn)的壓力控制，有的減壓閥在沒(méi)有負(fù)荷時(shí)，下游壓力持續(xù)攀升，造成超壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。 我們知道，減壓閥的構(gòu)造類型很多，以往常見(jiàn)的有薄膜式、內(nèi)彈簧活塞式等。其中內(nèi)部先導(dǎo)活塞式減壓閥金屬膜片下側(cè)的壓力使得膜片上移關(guān)閉主閥活塞兩側(cè)的壓力慢慢相等主閥在下游壓力與設(shè)定壓力相等時(shí)找到位置點(diǎn)主閥位置建立，調(diào)整到了設(shè)定壓力。外部先導(dǎo)薄膜式減壓閥啟動(dòng)前正常的位置是主閥關(guān)閉，而導(dǎo)閥則由彈簧作用力打開(kāi)。蒸汽經(jīng)由導(dǎo)閥進(jìn)入主隔膜室，一部分蒸汽則由控制孔流出。主隔膜室中的控制壓力增大，打開(kāi)主閥隨著蒸汽流過(guò)主閥，下游壓力上升，并由壓力感應(yīng)管反饋在主隔膜的下部（為了確保下游壓力穩(wěn)定，應(yīng)安裝下游壓力感應(yīng)管），該作用力平衡隔膜上部的彈簧作用力，使導(dǎo)閥逐漸節(jié)流關(guān)閉，從而維持主閥隔膜室內(nèi)的壓力，控制主閥開(kāi)度，輸送適量蒸汽，維持下游穩(wěn)定的壓力。當(dāng)下游壓力上升時(shí)，反饋壓力增大，導(dǎo)閥關(guān)閉，控制壓力由控制孔釋放，使主閥緊密關(guān)閉。下游任何的負(fù)載變化或壓力波動(dòng)，都會(huì)反饋在導(dǎo)閥隔膜的下方，從而調(diào)節(jié)主閥的開(kāi)度，確保下游壓力的穩(wěn)定。 

蒸汽減壓閥閃蒸、空化閃蒸就是高壓的飽和水進(jìn)入比較低壓的容器中后由于壓力的突然降低使這些飽和水變成一部分的容器壓力下的飽和水蒸氣和飽和水。

現(xiàn)象： 
  物質(zhì)的沸點(diǎn)是隨壓力增大而升高，而壓力越低，沸點(diǎn)就越低。 那好，這樣就可以讓高壓高溫流體經(jīng)過(guò)減壓，使其沸點(diǎn)降低，進(jìn)入閃蒸罐。這時(shí)，流體溫度高于該壓力下的沸點(diǎn)。 流體在閃蒸罐中迅速沸騰汽化，并進(jìn)行兩相分離。 使流體達(dá)到氣化的設(shè)備不是閃蒸罐，而是減壓閥。 閃蒸罐的作用是提供流體迅速氣化和汽液分離的空間。  編輯本段形成原因： 
  當(dāng)水在大氣壓力下被加熱時(shí)，100℃是該壓力下液體水所能允許的高溫度。再加熱也不能提高水的溫度，而只能將水轉(zhuǎn)化成蒸汽。水在升溫至沸點(diǎn)前的過(guò)程中吸收的熱叫“顯熱”，或者叫飽和水顯熱。在同樣大氣壓力下將飽和水轉(zhuǎn)化成蒸汽所需要的熱叫“潛熱”。然而，如果在一定壓力下加熱水，那么水的沸點(diǎn)就要比100℃高，所以就要求有更多的顯熱。壓力越高，水的沸點(diǎn)就高，熱含量亦越高。壓力降低，部分顯熱釋放出來(lái)，這部分超量熱就會(huì)以潛熱的形式被吸收，引起部分水被“閃蒸”成蒸汽。  編輯本段實(shí)際情況： 
  閃蒸在管道系統(tǒng)中出現(xiàn)，容易對(duì)閥門(mén)產(chǎn)生汽蝕損壞，可以選擇反汽蝕高壓閥，其特點(diǎn)是多次節(jié)流分?jǐn)倝翰?，也可以選用耐汽蝕沖刷材料。  
閃蒸也可以作為能源，被利用在熱力發(fā)電廠中鍋爐排水的回收和地?zé)岚l(fā)電中。  
 上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥液體內(nèi)局部壓強(qiáng)降低到液體的飽和蒸氣壓時(shí)，液體內(nèi)部或液固交界面上出現(xiàn)的蒸氣或氣體空泡的形成、發(fā)展和潰滅的過(guò)程 。描述空化狀態(tài)的無(wú)量綱組合 量稱為空化數(shù) σ。，其中p∞、v∞分別為液體未擾動(dòng)處的壓強(qiáng)和流速，ρ為液體密度，pv為液體在環(huán)境溫度下的飽和蒸氣壓?？栈瘮?shù)愈小 ，空化現(xiàn)象愈顯著 。通過(guò)改變來(lái)流壓強(qiáng)或速度，可改變空化數(shù)和空化狀態(tài)。有關(guān)空化的基礎(chǔ)研究包括空化機(jī)理、空蝕、空泡流理論、空化效應(yīng)和非定?？栈日n題。水力機(jī)械、高速涵洞、水翼、舵、水中兵器等都會(huì)遇到空化問(wèn)題，致使材料剝蝕，機(jī)械效率降低，并產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。但在流態(tài)顯示、水力鉆孔和工業(yè)清洗作業(yè)中，也可發(fā)揮空化的有益作用。  

空蝕 
  液體中運(yùn)動(dòng)物體受空化沖擊后，表面出現(xiàn)的變形和材料剝蝕現(xiàn)象，又稱剝蝕或氣蝕?？栈^(guò)程中，空泡急速產(chǎn)生、擴(kuò)張和潰滅，在液體中形成激波或高速微射流。金屬材料受到?jīng)_擊后，表面晶體結(jié)構(gòu)被扭曲，出現(xiàn)化學(xué)不穩(wěn)定性，使鄰近晶粒具有不同的電勢(shì)，從而加速電化學(xué)腐蝕過(guò)程。剝蝕區(qū)域材料的機(jī)械性能顯著惡化，導(dǎo)致空蝕量劇增。在有關(guān)工程設(shè)計(jì)中，須預(yù)行模型試驗(yàn)，采取措施，盡量避免發(fā)生空蝕；也可在會(huì)發(fā)生空蝕的部位涂上或包上彈性強(qiáng)的抗空蝕材料，或注入氣體以吸收空泡潰滅所輻射的能量。是局部空化（局部邊界面上出現(xiàn)空泡）的后果，故有時(shí)可利用超空化狀態(tài)（固體整個(gè)邊界面上的空泡發(fā)展延伸到固體尾端的液體中）來(lái)避免空化，如設(shè)計(jì)高轉(zhuǎn)速的超空化螺旋槳和超空化水泵等。  

空泡流理論 
  研究水中運(yùn)動(dòng)物體在物面上產(chǎn)生空化形成空泡情形下，繞流流場(chǎng)和水動(dòng)力特性的理論?？张萘饔袃煞N類型：①超空泡流，空化充分發(fā)展，空泡從物體表面延伸到尾部后面的流動(dòng)。②局部空泡流，空化區(qū)域僅覆蓋物體部分表面而不超出物體尾部的流動(dòng)。為用數(shù)學(xué)方法對(duì)空泡流進(jìn)行計(jì)算，必須建立空泡流模型，如映象模型、回射流模型、開(kāi)放尾流模型、螺旋渦模型等。在流體機(jī)械和水工設(shè)計(jì)中要盡量避免產(chǎn)生空化，但有時(shí)也利用超空化狀態(tài)來(lái)達(dá)到高速穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，就需要利用超空泡流理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作。  

空化效應(yīng) 
  液體中空泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的空蝕、噪聲、振動(dòng)和發(fā)光等現(xiàn)象?？栈肼暿且环N很強(qiáng)的水動(dòng)力噪聲，在有關(guān)工程中通常應(yīng)盡量避免?？张轁鐣r(shí)產(chǎn)生的脈沖作用加大結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生有害影響。在空化發(fā)光效應(yīng)中，光強(qiáng)很弱，只能在暗室內(nèi)才能測(cè)到。對(duì)這種發(fā)光效應(yīng)的機(jī)理尚未弄清。有人把水洞實(shí)驗(yàn)室的光線遮掉，用30分鐘長(zhǎng)曝光時(shí)間攝取空化發(fā)光的圖像，同時(shí)記錄物體表面的空蝕強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)空化發(fā)光強(qiáng)度與空蝕強(qiáng)度變化趨勢(shì)是一致的。因此，有可能利用空化發(fā)光效應(yīng)預(yù)報(bào)空蝕強(qiáng)度。這種技術(shù)正在探討中。  

空化狀態(tài) 
  液體中的固體同液體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，固體周圍的液體內(nèi)部或液固交界面上的空化狀態(tài)按照運(yùn)動(dòng)的速度，可分成亞空化、臨界空化、局部空化和超空化四種。亞空化狀態(tài)是在液體內(nèi)部或液固交界面上沒(méi)有空泡的狀態(tài)；臨界空化狀態(tài)是在液固交界面上開(kāi)始出現(xiàn)空泡的狀態(tài)；局部空化狀態(tài)是在固體局部邊界面上和鄰近液體內(nèi)部出現(xiàn)空泡的狀態(tài)；超空化狀態(tài)是在固體整個(gè)邊界面上和靠近固體尾端的液體中都出現(xiàn)空泡的狀態(tài)。

空化數(shù) 
  描述空化狀態(tài)的無(wú)量綱參數(shù)?？栈瘮?shù)σ 的表達(dá)式為：      
  式中p∞和V∞分別為液體的來(lái)流壓力和流速；ρ為液體密度；pV為液體在環(huán)境溫度下的飽和蒸氣壓。臨界空化狀態(tài)可以通過(guò)減壓或增速把無(wú)空化狀態(tài)的空化數(shù)降低到起始空化數(shù)σi，也可以通過(guò)增壓或減速把局部空化狀態(tài)的空化數(shù)升高到消滅空化數(shù)σd而得到。σi和σd一般是不相等的，這種現(xiàn)象稱為空化時(shí)滯。在各種空化狀態(tài)下，即使空化數(shù)不變，每個(gè)空泡在流場(chǎng)中也都有各自的形成、發(fā)展和潰滅的過(guò)程。

囤3-4氣泡的破裂圖首先閥門(mén)的閃蒸和空化只產(chǎn)生在液體介質(zhì)?？栈饔玫?階段是閃蒸。閥門(mén)的出口壓力保持在液體的飽和蒸汽壓之下，但對(duì)閥門(mén)內(nèi)件已經(jīng)產(chǎn)生了侵蝕作用。由于在閥芯和閥座密封面的接觸線附近，介質(zhì)的流速高，因此破壞就發(fā)生在這里。閃蒸破壞后的閥芯外表面有一道道磨痕。在空化的第二階段，閥后壓力升高到飽和蒸汽壓以上，由于氣泡的突然破裂，所有的能量集中在破裂點(diǎn)，產(chǎn)生極大的沖擊力，可高達(dá)幾千牛頓，因此嚴(yán)重地撞擊和破壞閥芯、閥座和閥體，這種破壞作用稱為氣蝕。這種作用如同砂子噴在閥芯表面，把固體表層撕裂，形成一個(gè)粗糙的、渣孔般的外表面?？栈a(chǎn)生的破壞作用是十分嚴(yán)重的。在高壓差惡劣條件的空化情況下，硬度很高的閥芯和閥座密封面，也只能使用很短的時(shí)間。在這種情況下，選擇調(diào)節(jié)閥應(yīng)有適當(dāng)?shù)姆椒ê痛胧?三精閥門(mén)技術(shù)部

    這兩種常見(jiàn)的減壓閥雖然不一定都適用于所有工況，但只要我們根據(jù)使用工況、流量來(lái)選擇減壓閥的話，就可以解決減壓閥只能減壓，不能穩(wěn)壓，或出現(xiàn)上游壓力波動(dòng)或下游負(fù)荷變化，以及在沒(méi)有負(fù)荷時(shí)，下游壓力持續(xù)攀升，出現(xiàn)超壓現(xiàn)象等問(wèn)題。

    如圖3-1所示，當(dāng)壓力為p，的液體流經(jīng)節(jié)流孔時(shí)．流速突然急劇增加．而靜壓力驟然下降，當(dāng)孔后壓力p!達(dá)到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸汽壓p、時(shí)，部分液體就汽化為氣體．形成氣、液兩相共存的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為閃蒸，產(chǎn)生閃蒸時(shí)，對(duì)閥芯和閥座等的材質(zhì)已開(kāi)始有侵蝕破壞作用，而影響液體計(jì)算公式的正確性，使計(jì)算復(fù)雜化，如果產(chǎn)生閃蒸之后，P2不是保持在飽和蒸汽壓以下，在離開(kāi)節(jié)流}L之后又急驟上升，這時(shí)氣泡產(chǎn)生破裂并轉(zhuǎn)化為液態(tài)．這個(gè)過(guò)程即為空化作用。所以，空化作用是一種兩階段現(xiàn)象，*階段是液體內(nèi)部形成腔或氣泡-即閃蒸階段；第二階段是這些氣泡的破裂，即空化階段。
    圖3-3就是一個(gè)在節(jié)流≠L后產(chǎn)生空化作用的示意圖。許多氣泡集中在閥座節(jié)流孔后．自然影響了流量的增加，產(chǎn)生了阻塞情況。因此，閃蒸和空化作用產(chǎn)生的前后的計(jì)算公式必然不同。
    產(chǎn)生空化作用時(shí)，在縮流處的后面，由于壓力恢復(fù)，升高的壓力壓縮氣泡，達(dá)到臨界尺寸氣泡開(kāi)始變?yōu)闄E圓形。接著，在上游表面開(kāi)始變平，然后突然爆裂，所有的能量集中在破裂點(diǎn)上，產(chǎn)生極大的沖擊力，見(jiàn)圖3-4。流體～圖3-3節(jié)流孔后的空化作用與本產(chǎn)品相關(guān)論文：水輪機(jī)減壓閥