如何應(yīng)對德國費(fèi)斯托電磁閥的氣蝕及防護(hù)？

　　一、氣蝕的產(chǎn)生及危害

　　德國費(fèi)斯托電磁閥氣蝕是材料在液體的壓力和溫度達(dá)到臨界值時(shí)產(chǎn)生破壞的一種形式。當(dāng)液體通過節(jié)流孔時(shí)，流體流道面積的縮小導(dǎo)致流速迅速增加，速度的增加，產(chǎn)生了速度和壓力之間的能量轉(zhuǎn)換，流體壓力下降。壓力在節(jié)流孔下游側(cè)附近達(dá)到值，這時(shí)其速度大，壓力小。當(dāng)該處的壓力Pvc低于液體蒸汽壓Pv且閥門下游壓力P2高于液體蒸汽壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生氣蝕（圖1）。氣蝕產(chǎn)生時(shí)Pvc      式中

　　Pvc——節(jié)流孔處的壓力，MPa

　　P2——閥門下游壓力，MPa

　　Pv——液體蒸汽壓，MPa

　　2.氣蝕一般出現(xiàn)在兩個(gè)階段。首先，當(dāng)液體壓力低于液體蒸汽壓時(shí)，在液體中形成蒸汽泡，由液體攜帶氣泡的邊緣層向下游移動(dòng)。其次，如果出口壓力大于液體蒸汽壓力，氣泡就會(huì)破裂或爆破，同時(shí)產(chǎn)生巨大的壓力沖擊波，并通過液體向外傳播，集中撞擊管道壁和閥內(nèi)零件，沖擊到相近的金屬表面上。氣泡破裂對金屬表面的沖擊類似于微流噴射，它能以104MPa的壓力，振動(dòng)和碰撞管壁。在液體內(nèi)，當(dāng)氣泡遠(yuǎn)離金屬表面破裂時(shí)，產(chǎn)生球形壓力波，此時(shí)，碰撞壓力約為103MPa，且微流噴射的影響未達(dá)到金屬固體壁。如果氣泡接近金屬表面破裂，微流噴射將直接沖擊金屬表面。由于沖擊波反復(fù)沖擊，導(dǎo)致金屬表面疲勞、撕裂和其他缺陷。氣蝕損壞表現(xiàn)為金屬表面凹凸不平和多孔現(xiàn)象。如果閥門出口壓力低于液體蒸汽壓時(shí)，蒸汽氣泡不會(huì)破裂，液體以氣液兩相混合狀態(tài)存在，液流速度將繼續(xù)增大，這種狀態(tài)稱為閃蒸（圖2）。閃蒸并不是一個(gè)主要問題，其損害與氣蝕不同，通常選用抗沖蝕的閥體和閥瓣材料，限制閥門出口流速，可大大降低和消除，延長調(diào)節(jié)閥的使用壽命。閃蒸時(shí)Pv>P2。

　　表面上看氣蝕破壞是一種機(jī)械性的破壞。但是，在腐蝕性介質(zhì)中，氣蝕會(huì)加快腐蝕侵蝕。氣蝕發(fā)生時(shí)，微流噴射（或沖擊波）破壞了金屬表面的鈍化膜保護(hù)層，基體金屬受到侵蝕，產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。沖蝕又把產(chǎn)生的腐蝕介質(zhì)沖掉，引起新的腐蝕。與氣蝕或氣蝕腐蝕相關(guān)的沖蝕導(dǎo)致金屬進(jìn)一步磨損和破壞，通過氣蝕和腐蝕的影響，材料被沖蝕磨損（圖3）。

　　沖蝕強(qiáng)度與流體流速有關(guān)

　　e=KVn

　　式中e——材料損耗

　　K——常數(shù)

　　V——流速，m/s

　　n——磨損指數(shù)

　　一般沖蝕下，磨損指數(shù)n≈2.5，當(dāng)氣蝕和腐蝕相結(jié)合影響時(shí)，磨損指數(shù)可達(dá)n=7。

　　氣蝕不僅對閥門產(chǎn)生機(jī)械損害，導(dǎo)致閥門失效，而且產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲。當(dāng)液體流過閥座通孔或節(jié)流孔時(shí)，會(huì)突然加速、氣化和膨脹，在管路中產(chǎn)生紊流、振動(dòng)和動(dòng)力噪聲。氣蝕氣泡的破裂是噪聲的主要來源，通常有氣蝕就有噪聲，噪聲量直接與氣蝕程度有關(guān)。因此，氣蝕對調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)管路的影響相當(dāng)大。

　　3. 氣蝕的防護(hù)

　　3.1 材料的選擇

　　氣蝕破壞與金屬的機(jī)械性能和抗腐蝕能力有關(guān)，因?yàn)榭箽馕g破壞主要是材料抵抗氣泡破裂時(shí)形成重疊凹坑的能力，它隨材料吸收能量的能力而改變?？箽馕g破壞較好的材料應(yīng)具備堅(jiān)實(shí)和均勻的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，變形能力大，抗拉強(qiáng)度和硬度高，加工硬化性好，疲勞極限和抗腐蝕疲勞極限強(qiáng)度高。韌性材料抗氣蝕能力要高于脆性材料，因此，通?？蛇x用不銹鋼閥門，提高抗氣蝕能力。

　　3.2 閥門的形式

　　調(diào)節(jié)閥的形式將影響其對氣蝕的敏感性，調(diào)節(jié)閥一般有兩種形式，即低復(fù)原閥門（如截止閥等）和高復(fù)原閥門（如球閥和蝶閥等）。這2種形式的閥門在進(jìn)口壓力和壓降相同的情況下，流體通過收縮截面時(shí)，高復(fù)原閥門的閥后出口壓力恢復(fù)遠(yuǎn)大于低復(fù)原閥門。對截止閥而言，其通道的幾何形狀和湍流存在，會(huì)產(chǎn)生很大的流體阻力，因此，在閥后出口壓力不會(huì)恢復(fù)很多。而對球閥而言，其進(jìn)口流體阻力不大，在閥后出口壓力恢復(fù)很多，閥門的復(fù)原性可用壓力恢復(fù)系數(shù)FL表示（圖4）。

　　FL越接近1.0，壓力恢復(fù)越少。

　　3.3 壓力降的分布

　　壓力降分布的均勻性也對氣蝕產(chǎn)生影響，可以采用幾個(gè)串聯(lián)閥門和一系列節(jié)流孔板，把壓力降分布在幾個(gè)串聯(lián)閥門之間或分布在一個(gè)閥門和節(jié)流孔板之間。閥門和節(jié)流孔板沿介質(zhì)流動(dòng)方向的合理設(shè)置，可以經(jīng)濟(jì)和有效地控制氣蝕。采用多級壓降和增加流體出口面積，可以有效地控制流體速度?？刂屏黧w速度（相當(dāng)于控制閥內(nèi)的壓力）是避免氣蝕的有效手段，其目的是使閥內(nèi)壓力高于流體壓力蒸汽壓，避免蒸汽氣泡破裂，較好的避免了閥內(nèi)的氣蝕。

　　德國費(fèi)斯托電磁閥的壓降可以分成幾段來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)調(diào)節(jié)閥上的壓降產(chǎn)生在多級閥瓣上時(shí)，總壓降（P1-Pn）被劃分成幾個(gè)較小的連續(xù)壓降P2、P3、…Pn，在下一個(gè)節(jié)流級之前，流體壓力被允許恢復(fù)到中間壓力P2、P3、…Pn-1，一直到后的壓降Pn，使氣蝕消除在一個(gè)較大的延伸區(qū)內(nèi)（圖5）。

　　4. 結(jié)語

　　以來，氣蝕現(xiàn)象縮短了管線設(shè)

如何應(yīng)對德國費(fèi)斯托電磁閥的氣蝕及防護(hù)？