调节阀的空化现象

　　cavitation of control valves  当液体通过调节阀时，在调节阀的节流作用下便会产生压力降。在流束最小截面处(参见图12—49、图12—50)(vena contracta，VC)，流速最快，而静压却最小。当该处压力Pc低于该液体的气化压力Pv时，则有部分液体闪蒸成为气泡。流体经过调节阀后，其压力有所恢复。若恢复后的压力P₂仍低于该液体的气化压力Pv时，则会有部分液体气化，这种现象称为闪蒸(flash)。

图12—49  闪蒸状态压力分布曲线  VC为调节阀流束最小截面处

　　闪蒸作用产生的气泡对阀芯、阀座、阀体均无严重的损伤，但当恢复后压力P₂>P₁时，必然会使上述气泡被压破，并爆发出强大的爆破力。调节阀的金属表面在反复不断地受到该冲击力作用后，会产生疲劳而形成剥落、空洞，这就是空化现象，也称空蚀现象。

图12—50  空化状态压力分布曲线    VC为调节阀流束最小截面处

　　空化现象的爆破力足以使阀内部件(特别是阀芯)遭到极其严重的破坏，严重的空化作用只需几小时调节阀就损坏了，以致于调节过程失控，产生重大安全事故。因此，在进行控制工程设计时，应充分考虑到防止空化现象的出现。特别对高压力降工况、低挥发性介质控制的场合，在防止空化作用方面要给予足够的重视。

　　实验证明，调节阀容量曲线折点和空化开始点相一致。当调节阀发生空化现象时，阀内的压力降叫做是临界压力降△Pc。若实际压力降△P>△Pc，且阀出口压力P₂又高于该液体的气化压力Pv，则必然产生空化现象。

　　对不可压缩的流体而言，空化临界流量条件是：

△P≥C_f(△Ps)　                       (12—49)

式中，C_f是临界流量系数，其数学式为

               (12—50)

而

           (12—51)

对于绝对不允许产生空化的调节阀而言，用初始空化系数Kc代替临界流量系数C_f的平方值，则防止空化的条件为：

△P_初始空化＝Kc△Ps　                     (12—52)

当Pv<0．5P₁时，△Ps＝P₁—Pv；故判断产生空化的数学式为：

　　且　　                             (12—53)

　　美国Masoneilan公司生产的不同类型调节阀的C_f、Kc值见表12—5。

表12—5

　　为防止空化产生，首先要保证满足不产生空化的设计条件；其次可选择防空化的多级降压阀(如78000系列)；可变流阻阀(VRT)。还可选择防止空蚀的材料制造的阀门(如表12—6)、适应改变操作条件等方法来防止空蚀现象。

表12—6

　　为防止空化作用，一般设计调节阀开度不能小于10％。要进行调节阀流通能力的开度验算，不让阀的工况满足式(12—53)的条件。 

　　　　　　　　　　——摘自《安全工程大辞典》（化学工业出版社，1995年11月出版）