Pramoninėse skysčių valdymo sistemose valdymo vožtuvų patikimumas yra labai svarbus įrenginio saugai ir veikimo stabilumui. Tačiau nenormalus nusidėvėjimas ir vožtuvo vidinių dalių pažeidimai dažnai klaidingai diagnozuojami kaip bendra „kavitacija“. Tiesą sakant, apdailos pažeidimai atsiranda dėl skirtingų fizinių mechanizmų. Tikslus šių mechanizmų atskyrimas yra būtina sąlyga kuriant veiksmingas švelninimo strategijas.
Pagrindinių žalos mechanizmų diferencijavimas
Vidinio komponento degradacija paprastai atsiranda dėl blyksnio, kavitacijos arba erozijos. Kiekvienas procesas pasižymi unikaliomis veikimo sąlygomis ir fizinėmis savybėmis.
Mirksiįvyksta, kai slėgis pasroviui išlieka mažesnis už skysčio prisotintų garų slėgį įleidimo temperatūroje, praėjus pro vožtuvo apribojimą. Skystis nuolat garuoja, sudarydamas stabilų dviejų{1}}fazių srautą. Kadangi garų burbuliukai nesugriūva pasroviui, didelių vietinių smūgių nebūna. Blyksniai pažeidimams būdingas lygus, poliruotas kištuko ir lizdo erozijos raštas, panašus į akmenį, susidėvėjusį dėl ilgo vandens tekėjimo. Paprastai jis sklinda be didelės vibracijos ar didelio{5}}dažnio triukšmo.
Kavitacijayra sunkesnis, dviejų{0}}pakopų reiškinys. Pirma, skysčių pagreitis ties vena contracta sukelia statinio slėgio kritimą žemiau garų slėgio, todėl susidaro mikroskopiniai garų burbuliukai. Antra, kai skystis patenka į slėgio atkūrimo zoną, šie burbuliukai beveik akimirksniu subyra. Sprogimas sukuria ekstremalias lokalizuotas smūgio bangas ir mikro{4}}sroves. Šis ciklinis nuovargis sukelia medžiagos skilimą, dėl kurio susidaro būdinga korio arba kempinė paviršiaus tekstūra. Kavitaciją taip pat lydi didelio-dažnio traškėjimas ir stipri vamzdžių vibracija, o tai yra pagrindiniai diagnostikos rodikliai.
Erozijayra varomas didelio greičio skysčių, ypač tų, kuriuose yra suspenduotų kietųjų dalelių, mechaninis pjovimas. Skysčio šlyties įtempiai nuolat pašalina apsaugines oksido plėveles arba korozijos produktus, todėl šviežias metalas veikia pagreitintą mechaninį ir cheminį poveikį. Erozijos pažeidimai yra labai kryptingi, pasireiškiantys grioveliais, įbrėžimais arba lygiomis{3}}sienos duobėmis, suderintomis su srauto keliu.
Lauko diagnostika priklauso nuo vizualinio patikrinimo ir akustinio stebėjimo. Korių duobės su dideliu{1}}aukštu triukšmu rodo kavitaciją. Sklandus poliravimas be reikšmingo triukšmo, mirksėjimo. Kryptinis griovelis patvirtina erozinį nusidėvėjimą.
Pažeidžiamos vietos
Skaičiavimo skysčių dinamikos (CFD) modeliavimas ir lauko duomenys nuosekliai nustato pasroviui esantį reduktorių (mažesnįjį koncentrinio arba ekscentrinio reduktoriaus galą) kaip didelės{0}}rizikos zoną. Staigus skerspjūvio sumažinimas pagreitina skysčio greitį, sumažindamas statinį slėgį žemiau garavimo slenksčio ir palengvindamas burbuliukų susidarymą bei žlugimą. Šis regionas taip pat patiria didžiausią skysčio šlyties įtempį. Todėl pirmasis reduktorius arba alkūnė, esanti pasroviui nuo aukšto{5}}slėgio-nuleidimo vožtuvo, yra labai jautri sinergetinei kavitacijai ir erozijai, dėl kurios sienelė dažnai plonėja arba perforuoja. Šios sritys turi būti pirmiausia tikrinamos atliekant techninę priežiūrą.
Sisteminės švelninimo strategijos
Vožtuvo pažeidimams spręsti reikalingas holistinis požiūris, apimantis projektavimą, medžiagų pasirinkimą, proceso modifikavimą ir priežiūrą.
1. Vožtuvų pasirinkimas ir dydis
Tinkamas vožtuvo pasirinkimas yra žalos prevencijos pagrindas. Atliekant kavitacijos paslaugas, pirmenybė teikiama žemo -slėgio-atkūrimo vožtuvams, pvz., kampiniams vožtuvams arba Y- modelio vožtuvams, o ne rutuliniams arba sraigtiniams vožtuvams. Kelių pakopų apdailos dizainas, įskaitant labirintą ar sukrautą-disko konfigūraciją, padalija bendrą slėgio kritimą į kelis etapus. Tai užtikrina, kad kiekvienoje pakopoje slėgis išliks didesnis už garų slėgį, slopindamas burbuliukų susidarymą šaltinyje. Be to, labai svarbu tiksliai nustatyti Cv dydį. Vožtuvai turi veikti 40–70 % atvirumo diapazone, kad būtų išvengta ekstremalių slėgio kritimų ir didelių greičių, susijusių su mažu{12}}atvirumu.
2. Medžiagos tobulinimas ir paviršiaus grūdinimas
Kai dėl proceso sąlygų žalos neįmanoma išvengti, paviršiaus kietumas yra būtina apsauga. Didelio-slėgio-sumažėjimo ir didelės erozijos paslaugoms atlikti naudojant Stellite kietą dangą, lazerinį apvalkalą arba HVOF (didelio-greito deguonies kuro) terminį purškimą sukuriamos tankios, didelio{4}}kietumo perdangos su stipriomis metalurginėmis jungtimis. Tiksliems komponentams, kurių matmenų tolerancija ir minimalus iškraipymas yra labai svarbūs, PVD (fizinis garų nusodinimas) arba DLC (deimantinis{6}}kaip anglis) dangos pasižymi išskirtiniu kietumu esant žemai apdorojimo temperatūrai.
3. Proceso sistemos modifikacijos
Vamzdynų sistemos keitimas gali pagerinti vožtuvo veikimo aplinką. Įrengiant vožtuvus nuosekliai arba pridedant ribojimo angas pasroviui, bendras slėgio kritimas paskirstomas ir išvengiama lokalaus garų žlugimo. Padidinus pasroviui skirtų reduktorių ilgį, sumažėja greičio gradientas, padidėja vietinis statinis slėgis ir sumažėja kavitacijos ir erozijos sunkumas.
4. Lauko stebėjimas ir priežiūra
Tikslinė priežiūra prailgina vožtuvo tarnavimo laiką. Operatoriai turėtų stebėti, ar nėra neįprastos akustikos; didelio-dažnio krekingo atveju reikia nedelsiant įvertinti proceso parametrus. Norint sekti sienelių retėjimą, būtina reguliariai ultragarsu tikrinti pasroviui skirtus reduktorius ir alkūnes. Sekimo vožtuvo koto padėtis yra vienodai svarbi; lėtinis veikimas esant minimalioms angoms rodo, kad vožtuvas yra per didelis, todėl reikia keisti dydį arba sumontuoti slėgio mažinimo įtaisus.
Vožtuvo degradacija vyksta pagal nuspėjamus fizinius dėsnius. Tiksliai nustatydami žalos mechanizmą ir taikydami tikslinius inžinerinius sprendimus, susijusius su atranka, medžiagomis, proceso projektavimu ir priežiūra, inžinieriai gali veiksmingai valdyti šiuos gedimų režimus ir užtikrinti ilgalaikį sistemos patikimumą.
