Kavitacija v krožnih ventilih in predlagane rešitve

Slika 1 Slika 2

Slika 3

Slika 4

Občuten padec tlaka tekočinskih storitev v krogelnem ventilu pod parni tlak povzroči, da parni tlak izstopi iz tekočine. Mehurčki bodo obnovili pritisk in se sesedli ter ustvarili tlačne valove. Posledično lahko tlačni valovi poškodujejo sedež, čep in telo krožnih ventilov. Kavitacija lahko povzroči nepravilne jamice in erozijo na oblogi (sedežu in čepu), ohišju in spodnjih ceveh. Slika 2 prikazuje kavitacijske poškodbe v obliki majhnih jamic, ki so zelo podobne korozijskim poškodbam v čepih krogelnih ventilov.

Kavitacija ima poleg korozije in erozije tudi druge negativne učinke:

• Glasen hrup
• Močne vibracije
• Zadušitev toka zaradi nastajanja hlapov
• Spreminjanje lastnosti tekočine
• Obrat zaprt

MERITEV RESNOSTI KAVITACIJE

Resnost kavitacije se meri z indeksom kavitacije, ki se izračuna po tej formuli:

Resnost in razširjenost kavitacije za ventile na podlagi vrednosti indeksa votline sta podani v tabeli 1.

Slika 3 prikazuje rezultat preskusa pretoka in razvoj koeficienta kavitacije za četrtobratne ventile, vključno s krogličnimi, metuljastimi in čepnimi ventili.

Tveganje kavitacije ni odvisno le od indeksa kavitacije, ampak nanj vpliva tudi odstotek odprtosti ventila. Pravzaprav manjše odpiranje ventila poveča možnost kavitacije. Obstajajo še drugi parametri, ki vplivajo na kavitacijo:

1. Velikost ventila: Večje velikosti ventilov povečajo tveganje kavitacije.
2. Tlačni razred: Ventili v višjem tlačnem razredu imajo možnost večjega padca tlaka in tveganje kavitacije.
3. Material: Trši materiali, kot je 22Cr duplex, imajo manjše tveganje kavitacije v primerjavi z mehkejšimi materiali, kot je avstenitno nerjavno jeklo. Poleg tega imajo trdi materiali za obrezovanje, kot sta Stellite 6 (UNS R30006) ali Stellite 21 kot oblika trdnega ali prekrivnega materiala, in martenzitno nerjavno jeklo 13Cr, kot je UNS S41000 ali 415000, večjo odpornost proti kavitaciji.
4. Puščanje: Puščanje iz sedeža ventila, ko je ventil zaprt, poveča tveganje kavitacije.
5. Režim pretoka: Turbulenten in visok pretok poveča tveganje kavitacije.
6. Zasnova trima: Na primer, večstopenjska zasnova trima ustvari padec tlaka v dveh ali več stopnjah, da se izogne ​​visokemu padcu tlaka v eni stopnji. Druga prednost večstopenjske zasnove trima je visok padec tlaka stran od območij tesnjenja sedeža in čepa.

PREDLOGI REŠITEV

Obstajajo različni pristopi za preprečevanje kavitacije. Vključujejo menjavo ventila in zmanjšanje izbire krogelnih ventilov. Druge rešitve obravnavajo izbiro robustnejšega krožnega ventila z ravnim vzorcem.

Nov standard

Prva izdaja standarda Ameriškega inštituta za nafto (API) 623, izdana leta 2013, vključuje zahteve za krožne ventile za preprečevanje puščanja, vibracij in kavitacije. Standard API 623 določa trdo oblogo sedeža in čepa ter vodenega diska, zlasti za visokotlačne razrede. Premer stebla, naveden v API 623, sledi načelom standarda API 600 za zaporne ventile iz litega jekla z različnimi vrednostmi. Vrednosti premera stebla v API 623 so večje od drugih standardov za ventile, vključno z BS 1873, da bi se izognili zlomom, kot je ločitev stebla in čepa. Ta standard zajema ventile s premerom od 2- do 24-palcev in tlačne razrede od 150 do 2500. Stelit je zlitina kobalta in kroma, ki se pogosto uporablja za trdo oblogo notranjih komponent krožnega ventila, vključno s sedežem in čep, da preprečite erozijo in kavitacijo.

Izbira alternativnega ventila

Slika 5

Krožni ventili tipa Y (znani tudi kot poševni ventili) in aksialni ventili (sliki 4 in 5) so alternativni tipi ventilov, ki jih je mogoče uporabiti za preprečevanje erozije in kavitacije. Pot pretoka znotraj krožnega ventila z vzorcem Y je bolj ravna kot kroglasti ventil z ravnim vzorcem.

Aksialni ventili kot nova generacija krožnih ventilov DAGO imajo številne prednosti, kot so nizek padec tlaka, hitra hitrost zapiranja in odpiranja, gladka karakteristika pretoka, nizek delovni navor in dolga življenjska doba. Vendar pa so aksialni ventili in ventili Y-tipa dražji od ventilov z ravnim vzorcem glede stroškov izdatkov (CAPEX). Poleg tega so metuljasti ventili lahko prednostna izbira za dušenje v komunalnih storitvah, kot je voda, namesto krogelnih ventilov. Eden od razlogov za izbiro dušilnih loput namesto krožnih ventilov za dušenje v storitvah za morsko vodo je ta, da so dušilne lopute cenejše, čeprav lahko pride do kavitacije v notranjosti dušilnih ventilov, tako kot pri krogelnih ventilih.

ZAKLJUČEK

Kavitacija je glavna težava pri delovanju običajnih krogelnih ventilov tipa T. Izbira trdih materialov za obrezovanje, kot je Stellite, uporaba protikavitacijskega obrezovanja, kot je večstopenjski tip, in uporaba standarda API 623 so priporočljivi za načrtovanje krožnih ventilov tipa T (DAGO). Vendar pa je izbira ventilov, kot so okrogli Y-tip (DAGO) ali aksialni ventili, prav tako lahko dobra rešitev za zmanjšanje ali izogibanje tveganju kavitacije.