Кавитационная характеристика клапана

Кавитация – нарушение сплошности внутри жидкости, т. е. образование внутри капельной жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью (так называемая пузырьковая кавитация). Пузырьки являются нестабильными, непрерывно переходящими обратно в жидкую фазу. Кавитация возникает в результате резкого местного снижения статического давления ниже критического значения, которое для воды приблизительно равно давлению насыщения водяного пара при данной температуре. Если понижение давления происходит вследствие местного повышения скорости в напорном трубопроводе, то кавитацию называют гидродинамической, а в случае понижения давления вследствие прохождения в жидкости акустических волн – акустической.

Перечисленные виды кавитации могут образовываться в насосах и запорно-регулирующей арматуре. При фазовом переходе теплоносителя в пузырьках мгновенно и значительно изменяется статическое давление. Оно локально воздействует на поверхность лопаток и внутреннюю поверхность корпуса насоса, на затвор и внутреннюю поверхность корпуса клапана. При этом происходит вырывание частиц материала, из которого изготовлены насосы и клапаны, и их разрушение за очень короткий промежуток времени.

Возникновение кавитации пагубно влияет также и на гидравлические характеристики насоса и клапана. У насоса снижается производительность и напор, увеличивается шум и вибрация. У клапана снижается пропускная способность, повышается коэффициент гидравлического сопротивления, искажается вид расходной характеристики, образовывается шум и вибрация.

Вероятность образования кавитации возрастает в системах с низким статическим давлением, высокой температурой теплоносителя и большим перепадом давления на элементах системы, создающих местное сопротивление. Для недопущения кавитации при подборе насосов и клапанов необходимо обеспечить, чтобы статическое давление было выше давления насыщения теплоносителя при данной температуре на определенную величину, определяемую коэффициентом кавитации. О недопущении кавитации в насосах см. в п. 6.11.2. где ∆Pvmax – предельно допустимый бескавитационный перепад давления на клапане, бар; Z – коэффициент кавитации; P – абсолютное давление на входе клапана (следует иметь ввиду, что в исходных данных при проектировании теплового пункта дается избыточное давление, к которому следует прибавить 1 бар для получения абсолютного давления), бар;

Читайте также  Характеристика теплообменника

Pнас – абсолютное давление насыщения паров воды при рабочей температуре (табличные данные, например, [66]. Следует обращать внимание на то, что в справочниках может указываться либо абсолютное, либо избыточное значение этого параметра), бар; ∆Pv – потери давления на клапане, бар.
Коэффициент кавитации Z указан в техническом описании к клапану. Его значение находится в примерных диапазонах:

• 0,1…0,2 – у запорных клапанов;

• 0,2…0,6 – у регулирующих клапанов;

• 0,6…0,9 – у специальных клапанов. В том случае, если при подборе клапана потери давления на нем превышают максимально допустимый бескавитационный перепад давления, следует выбрать иное проектное решение. Осуществляют это, например, перераспределением потерь давления на клапанах, либо установкой данного клапана на обратной магистрали. В первом варианте уменьшаются потери давления на клапане ∆Pv, во втором – увеличивается ∆Pvmax, т. к. в обратном трубопроводе ниже температура теплоносителя, чем в подающем и, соответственно, ниже Pнас.

В любом случае перед клапаном регулятора теплового потока (температуры), даже при отсутствии вероятности образования кавитации на нем, должен быть установлен как минимум один автоматический регулятор перепада давления. Его основные задачи заключаются в устранении гидравлической разрегулировки системы теплоснабжения и обеспечении эффективных гидравлических условий клапану регулятора теплового потока (температуры) для управления объектом регулирования не только в статическом, но и динамическом режиме работы теплового пункта и теплосети.

Если же на регуляторе теплового потока существует вероятность образования кавитации, то, как вариант проектного решения, на регуляторе перепада давления уменьшают автоматически поддерживаемый перепад давления до требуемого минимума и по этому перепаду подбирают клапан регулятора теплового потока с бoльшей пропускной способностью. Варианты проектных решений при зависимом и независимом подключении абонента к теплосети показаны соответственно на рис. 6.27,а и рис. 6.27,б.