減壓閥前后的壓力變化分析

減壓閥前后的壓力變化 減壓閥前后的壓力 減壓閥壓力 減壓閥閥后壓力 減壓閥壓力變化
之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹減壓閥前后的壓力變化分析圖1是液體通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)窗口（節(jié)流孔）的各點(diǎn)的壓力變化曲線減壓閥是一種自動(dòng)降低管路工作壓力的專門裝配，它可；1、減壓閥的開度與機(jī)能的關(guān)系；減壓閥工作過程中,作為節(jié)省啟閉件的主閥瓣開度是轉(zhuǎn)；一個(gè)要求有不變流量的系統(tǒng),在介質(zhì)流經(jīng)減壓閥時(shí),減壓閥是一種自動(dòng)降低管路工作壓力的專門裝配，它可將閥前管路較高的壓力削減至閥后管路所需的水平。按工作事理分，減壓閥可分為先導(dǎo)式、直動(dòng)式、定值器減壓閥等幾種類型。減壓閥的工作事理是經(jīng)由過程改變閥門節(jié)省啟閉件的開度,使經(jīng)由過程閥門密封面的介質(zhì)流速提高,將介質(zhì)的部門勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能,從而使經(jīng)由過程減壓閥后的介質(zhì)壓力降低。提高了流速的介質(zhì),在管道中活動(dòng)時(shí)會(huì)碰著更大的沿程阻力,介質(zhì)的部門動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成熱能擴(kuò)散到管道和情況中。減壓閥13公斤壓力變?yōu)?公斤壓力，當(dāng)減壓閥打開之后，減壓閥后面的壓力表開始是顯示5公斤，可是過了一段時(shí)間之后發(fā)現(xiàn)壓力表壓力慢慢升高，一直顯示為12到13公斤壓力


假設(shè)閥門前后的管徑相同，液體在調(diào)節(jié)閥窗口前、后的相當(dāng)長(zhǎng)的距離內(nèi)，液體一直處于穩(wěn)定流動(dòng)，同時(shí)不考慮液體的位能及節(jié)流前后的溫度變化，則根據(jù)連續(xù)性的方程，u1=U2。
Pl、p3——入口壓力及出口壓力
P2——小截面處（調(diào)節(jié)閥窗口）壓力
U1、u2——入口流速及出口流量


減壓閥前后的壓力變化分析從圖1中看出，當(dāng)液體通過調(diào)節(jié)閥窗口時(shí)可能有三種工況：
（1）液體通過調(diào)節(jié)閥窗口時(shí)，因液體流速增大，造成壓力降低，如圖1中的曲線I所示。但P2大于當(dāng)時(shí)液體溫度下的相應(yīng)的飽和壓力，在這種工況下，液體通過調(diào)節(jié)窗口后不會(huì)發(fā)生汽蝕和閃蒸現(xiàn)象。
（2）當(dāng)液體通過調(diào)節(jié)窗口時(shí)，液體的壓力小于或等于當(dāng)時(shí)液體溫度下的相應(yīng)的飽和壓力，如圖1中曲線Ⅱ所示。根據(jù)汽蝕理論的研究，此時(shí)在金屬表面某處形成一個(gè)穩(wěn)定的汽蝕區(qū)，汽泡在金屬表面的不斷形成和增長(zhǎng)，同時(shí)隨著流體下移壓力回升（即速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽?，?dāng)該處的液體壓力大于當(dāng)時(shí)液體溫度下的飽和壓力時(shí)，則汽泡破裂（凝聚），而汽蝕正是由于這些汽泡的反復(fù)破裂所引起的。當(dāng)汽泡破裂時(shí)，周圍液體即迅速地填充破裂汽泡的空間，沖入的流體形成高速而沖擊金屬表面[2]。據(jù)美國(guó)某研究所測(cè)得汽蝕汽泡中心部位的壓力高達(dá)2.0×103MPa，由于汽泡破裂產(chǎn)生的沖擊金屬表面，好似微小的高強(qiáng)度錘子反復(fù)錘擊金屬表面，導(dǎo)致表面疲勞。同時(shí)，汽泡破裂產(chǎn)生的局部溫度也可能達(dá)至攝氏幾千度，這種高溫“過熱點(diǎn)”在金屬表面的累積，引起金屬表面撕裂，出現(xiàn)蜂窩狀的凹坑，并逐步深入金屬本體，脫落下來的小塊像飽含氣孔的焦炭一樣，很容易辨認(rèn)。
因大部分汽蝕汽泡遠(yuǎn)離金屬表面，汽泡破裂產(chǎn)生的沖擊波對(duì)金屬表面的損壞不大，只有在金屬表面產(chǎn)生和增長(zhǎng)的汽泡又同時(shí)在金屬表面破裂或者在接近金屬表面破裂，產(chǎn)生的沖擊波才會(huì)造成設(shè)備損壞。
（3）當(dāng)液體通過調(diào)節(jié)窗口時(shí)，液體的壓力降低于當(dāng)時(shí)液體溫度下相應(yīng)的飽和壓力，而且閥門后的出口壓力仍然低于相應(yīng)的飽和壓力，所以液體通過調(diào)節(jié)閥窗口后，部分液體即發(fā)生汽化，產(chǎn)生兩相流，汽泡有時(shí)合并、破裂和產(chǎn)生蒸汽，這種過程為閃蒸，如圖1中曲線Ⅲ所示。受閃蒸破壞的金屬表面沒有蜂窩狀的凹坑，而是大塊剝落，很易區(qū)別。



減壓閥安裝不規(guī)范時(shí)，常見的弊病是將減壓閥安裝在易振動(dòng)或易受沖擊的部位，或減壓閥前后未安裝壓力表，或減壓閥前后采用同管徑的管道等。減壓閥安裝處于易振動(dòng)或易受沖擊會(huì)使減壓閥前后壓力不穩(wěn)定，減壓值也隨之發(fā)生波動(dòng)變化，不僅影響設(shè)備的使用壽命，也影響減壓的穩(wěn)定性。減壓閥前后未安裝壓力表時(shí)不便于調(diào)試掌握壓力大小數(shù)值，也難以了解減壓閥的工作情況。減壓閥前后管徑一樣大時(shí)，減壓效果不顯著，而且增大了減壓后的壓力損失。減壓閥后采用比減壓閥公稱直徑大1～2級(jí)的管徑，是為了減少減壓后管道系統(tǒng)的壓力損失，有利于系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。
減壓閥在其調(diào)壓范圍內(nèi)能自動(dòng)調(diào)節(jié)其前后的壓力，安裝時(shí)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：
（1）減壓閥組不應(yīng)設(shè)置在靠近移動(dòng)設(shè)備或容易受沖擊的部位，而應(yīng)設(shè)置在振動(dòng)小、空曠和便于檢修的部位。
（2）減壓閥組應(yīng)安裝在離地面1.2m左右的墻面上，如安裝在離地3m左右的高處，應(yīng)設(shè)固定的操作平臺(tái)。
（3）蒸汽系統(tǒng)的減壓閥組前，一般應(yīng)設(shè)疏水閥；壓縮空氣系統(tǒng)的減壓閥組前，一般應(yīng)裝有油水分離器。如系統(tǒng)中介質(zhì)帶有渣物時(shí)，應(yīng)在閥組前裝設(shè)過濾器。
（4）減壓閥組前后均應(yīng)裝置壓力表，以方便調(diào)整；減壓閥組后方應(yīng)裝溢流閥（安全閥），當(dāng)減壓閥失靈超壓時(shí)，能起泄壓和報(bào)警作用，保證壓力穩(wěn)定。
（5）減壓閥閥體應(yīng)垂直安裝在水平管路上，并使介質(zhì)流向同閥體上的箭頭方向一致，且勿裝反。減壓閥兩邊應(yīng)安裝切斷閥門（采用法蘭截止閥），以便于減壓閥的檢修和更換。
（6）一般減壓閥前的管徑等于或大于減壓閥的公稱直徑；但減壓閥后的管徑應(yīng)比減壓閥的公稱直徑大1～2級(jí)。減壓閥應(yīng)裝設(shè)旁通管，旁通管是檢修或更換減壓閥時(shí)的臨時(shí)通道，可允許代替減壓閥工作。此外，蒸汽系統(tǒng)啟運(yùn)時(shí)，可用它排除凝結(jié)水和污物，以防減壓閥磨損和堵塞。
（7）波紋管式減壓閥用于蒸汽或水等介質(zhì)時(shí)，波紋管應(yīng)朝下安裝；用于空氣時(shí)，需將波紋管式減壓閥門反向安裝，即調(diào)節(jié)螺釘和波紋管朝向上方。
（8）減壓閥安裝完后，應(yīng)根據(jù)使用壓力進(jìn)行調(diào)試，并做出調(diào)試后標(biāo)志。對(duì)彈簧式減壓閥調(diào)整時(shí)，先將減壓閥兩邊截止閥及旁通閥關(guān)閉，再將減壓閥上手輪旋緊；下手輪旋開，使彈簧放松，從注水小孔處把水注滿，以防蒸汽將活塞的橡膠環(huán)損壞。打開減壓閥前的截止閥，旋松上手輪，緩慢地旋緊下手輪，以壓緊彈簧，使閥盤上升，注意觀察閥后的壓力表，并調(diào)節(jié)安全閥，使之達(dá)到要求數(shù)值。用鎖緊螺母鎖緊下手輪（也可卸除下手輪），后打開減壓閥后的截止閥，即投入正常運(yùn)行。
（9）減壓器的安裝形式如圖4-1所示。



圖4-1 減壓閥的安裝a）旁通管立式安裝 b）旁通管水平安裝 c）旁通管水平安裝

2.減壓閥前后的壓力變化分析防止汽蝕或閃蒸破壞可采取的措施
2.1 采用多級(jí)節(jié)流
由于化工生產(chǎn)中高壓調(diào)節(jié)閥通常要承受較大的壓降，如氨合成塔操作壓力高達(dá)32 MPa，希望能在0～32MPa的壓力之間工作而不發(fā)生汽蝕破壞和不產(chǎn)生泄漏，這對(duì)于單級(jí)節(jié)流的調(diào)節(jié)閥來說是極其困難的，由圖2的曲線I可見，單級(jí)節(jié)流的調(diào)節(jié)閥的壓力變化曲線的谷底，通常會(huì)低于液體在該溫度下的汽化壓力，因此汽蝕難以避免。


上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥而采用多級(jí)節(jié)流后，其總壓降雖然大于單級(jí)節(jié)后的壓降，但每一級(jí)調(diào)節(jié)壓降較小，如圖2中的曲線Ⅱ所示，即把壓降分配在幾個(gè)串聯(lián)的調(diào)節(jié)閥上，因而就可避免使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生汽蝕破壞。
減壓閥是一種自動(dòng)降低管路工作壓力的專門裝配，它可將閥前管路較高的壓力削減至閥后管路所需的水平。按工作事理分，減壓閥可分為先導(dǎo)式、直動(dòng)式、定值器減壓閥等幾種類型。減壓閥的工作事理是經(jīng)由過程改變閥門節(jié)省啟閉件的開度,使經(jīng)由過程閥門密封面的介質(zhì)流速提高,將介質(zhì)的部門勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能,從而使經(jīng)由過程減壓閥后的介質(zhì)壓力降低。提高了流速的介質(zhì),在管道中活動(dòng)時(shí)會(huì)碰著更大的沿程阻力,介質(zhì)的部門動(dòng)能又轉(zhuǎn)換成熱能擴(kuò)散到管道和情況中。 1、減壓閥的開度與機(jī)能的關(guān)系 
減壓閥工作過程中,作為節(jié)省啟閉件的主閥瓣開度是轉(zhuǎn)變的。閥瓣開度的轉(zhuǎn)變,不單可以經(jīng)由過程節(jié)省改變介質(zhì)的壓力,并且可以保證系統(tǒng)所需要的流量不變地經(jīng)由過程減壓閥。凡是選定的減壓閥許可經(jīng)由過程的大流量應(yīng)大于系統(tǒng)需要的大流量,在減壓閥后安裝一個(gè)節(jié)省閥或截止閥用于調(diào)控系統(tǒng)的流量。 


一個(gè)要求有不變流量的系統(tǒng),在介質(zhì)流經(jīng)減壓閥時(shí),介質(zhì)的壓力將降低,而流量不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。若是流經(jīng)某減壓閥的流量不變,那么該減壓閥的開度與減壓閥的進(jìn)出口壓差成反比。減壓閥的進(jìn)出口壓差越大,開度越小,介質(zhì)經(jīng)過減壓閥的流速越大。減壓閥的進(jìn)出口壓差越小,開度越大,介質(zhì)經(jīng)過減壓閥的流速越小。若是流經(jīng)減壓閥的流量發(fā)生轉(zhuǎn)變,那么減壓閥的開度將與流量的轉(zhuǎn)變成正比,流量越大,減壓閥的開度越大,流量越小,減壓閥的開度越小。 
減壓閥的進(jìn)口壓力是由系統(tǒng)工況抉擇的,出口壓力直接管到減壓閥調(diào)節(jié)裝配的節(jié)制。若是一個(gè)減壓閥的調(diào)節(jié)裝配設(shè)定了某一數(shù)值的閥后壓力,那么該減壓閥的出口壓力將在這個(gè)設(shè)定的數(shù)值四周作小規(guī)模(ΔPc)波動(dòng),此時(shí)進(jìn)口壓力的轉(zhuǎn)變%Pj對(duì)出口壓力的轉(zhuǎn)變%Pc的影響,以及減壓閥的流量的轉(zhuǎn)變ΔQ對(duì)ΔPc的影響,是反映該減壓閥機(jī)能的主要指標(biāo),在必然的規(guī)模內(nèi),ΔPj對(duì)ΔPc的影響越小越好,同樣ΔQ對(duì)ΔPc的影響也是越小越好。 
2、實(shí)例分析：



以工作介質(zhì)為氮?dú)獾腄N50mm活塞式減壓閥為例,分析不合工況下減壓閥的機(jī)能。 經(jīng)由過程對(duì)減壓閥調(diào)節(jié)螺釘?shù)恼{(diào)整,使減壓閥進(jìn)口壓力Pj=5.25MPa,出口壓力Pc=3.15MPa,鎖定減壓閥調(diào)節(jié)螺釘?，F(xiàn)實(shí)操作傍邊,在減壓閥后要安裝一臺(tái)節(jié)省閥(或截止閥),用以節(jié)制流經(jīng)減壓閥的流量,現(xiàn)假設(shè)該節(jié)省閥在調(diào)節(jié)到必然流量后被鎖定。出口為常壓,可以理解為Pc=0.1MPa,遠(yuǎn)小于該減壓閥調(diào)節(jié)螺釘所設(shè)定的出口壓力3.15MPa,故該減壓閥是處于全開狀況。此時(shí)的減壓閥已經(jīng)失調(diào)節(jié)功能,其閥前閥后的壓差達(dá)到該流量下的小值,介質(zhì)的流速也達(dá)到該流量下的小值。此時(shí)進(jìn)口壓力Pj再減小時(shí),經(jīng)過減壓閥的流量也將削減。當(dāng)減壓閥的進(jìn)口壓力Pj增添時(shí),出口壓力Pc也隨之增添,Pj增添幾多,Pc也增添幾多,連結(jié)壓差不變,故介質(zhì)的流速也不變,其流量也不變,減壓閥仍然處于全開狀況。當(dāng)Pc增添到3.15MPa時(shí),將不會(huì)繼續(xù)升高,減壓閥恢復(fù)調(diào)節(jié)功能,而此時(shí)的Pj繼續(xù)升高,減壓閥的開度將減小,而不會(huì)對(duì)Pc發(fā)生較著影響。 若是工況Ⅰ時(shí),Pj=5.25MPa,Pc=3.15MPa(ΔP=211MPa)時(shí),Pj=3.6MPa,Pc=1.5MPa(ΔP=2.1MPa)。當(dāng)經(jīng)由過程調(diào)減省壓閥后面的節(jié)省閥節(jié)制經(jīng)由過程減壓閥的流量不異時(shí),工況Ⅰ和工況Ⅱ因?yàn)槠鋲翰?Delta;P不異,它們確定的減壓閥開度是一樣的。 
若是減壓閥后面的節(jié)省閥調(diào)節(jié)到必然開度后被鎖定,工況Ⅰ的流量要大于工況Ⅱ。同樣,工況Ⅰ所確定的減壓閥開度要大于工況Ⅱ。必需指出的是,若要達(dá)到工況Ⅱ,必需經(jīng)由過程調(diào)減省壓閥的調(diào)節(jié)螺釘,不然該減壓閥不成能達(dá)到工況Ⅱ的狀況。 


若是在Pj=3.6MPa,Pc=1.5MPa(ΔP=2.1MPa)的根本上,維持Pc=1.5MPa,如Pj增添到4.5MPa,減壓閥的開度將減小。如Pj削減到2.5MPa,減壓閥的開度將增添。這2種情況下的減壓閥的流量都是不異的,出口壓力Pc=1.5MPa也根基不變。 
若是維持Pc=1.5MPa,溫度為常溫,減壓閥經(jīng)由過程的流量達(dá)到306kg/h。因?yàn)闇p壓閥僅減壓力不減流量,其流量由閥后的節(jié)省閥調(diào)控,但必需經(jīng)由過程試驗(yàn)測(cè)出減壓閥處于全開狀況,流量達(dá)到306kg/h時(shí),其小壓差ΔP。理論上ΔP≥0.2MPa。此時(shí)所需要的小進(jìn)口壓力Pj=Pc+ΔP=1.7MPa。
I—— 單級(jí)節(jié)流壓力降曲線
II— — 多級(jí)節(jié)流壓力降曲線


2.2 選用材料制作
除以上汽蝕或閃蒸現(xiàn)象對(duì)閥門的損壞外，由于調(diào)節(jié)閥在高壓差下工作，金屬與金屬之間的“間隙流動(dòng)”的沖蝕作用也是不可避免的。故調(diào)節(jié)閥一般可選用表面硬度高并抗氣蝕的材料。理想的抗汽蝕材料應(yīng)具有堅(jiān)實(shí)的和均勻的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)、變形能大、抗拉強(qiáng)度和硬度均很高、加工硬化性能好、疲勞極限和抗腐蝕疲勞極限強(qiáng)度均很高的特性，目前國(guó)內(nèi)外采用4Crl3、鈷鎢錳鉬釩等硬質(zhì)合金，同時(shí)也采用噴涂硬質(zhì)合金和陶瓷等方法來提高材質(zhì)的性能，以達(dá)到防汽蝕和閃蒸的目的。
2.3 其它方法
還可采用增加閥門窗口后的管道截面；先采用節(jié)流孔節(jié)流、后裝調(diào)節(jié)閥；需加熱的流體的流量調(diào)節(jié)閥盡量設(shè)在加熱前等方法，因?yàn)橐后w的溫度愈高，就愈易產(chǎn)生汽蝕和閃蒸。以上措施均可有效降低或避免汽蝕或閃蒸破壞。


3.小結(jié)
調(diào)節(jié)閥的破壞形式及原因各有不同，本文僅對(duì)調(diào)節(jié)閥的汽蝕和閃蒸破壞的原因做出分析，并提出防止其破壞的措施和方法。但調(diào)節(jié)閥并不是通用閥，而是根據(jù)具體生產(chǎn)中的調(diào)節(jié)對(duì)象所需要的各種不同的工況參數(shù)和工藝要求而設(shè)計(jì)的，因此設(shè)計(jì)、制造要求也很高。望本文觀點(diǎn)能對(duì)其設(shè)計(jì)、制造有所借鑒，以不斷地改善調(diào)節(jié)閥的使用壽命和泄漏率。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：波紋管減壓閥波紋管材料