Regelklepflitsen versus cavitatie: Wat is het verschil?

Flitsen en cavitatie zijn twee veelvoorkomende vloeistofverschijnselen die geassocieerd worden met drukval over regelkleppen. Beide kunnen optreden wanneer een vloeistof door een klep stroomt en de lokale druk daalt tot of onder de dampdruk van de vloeistof.

Omdat beide omstandigheden dampbellen met zich meebrengen, worden ze soms met elkaar verward.

Het belangrijkste verschil is wat er met die bellen gebeurt nadat de vloeistof de klep verlaat.

Bij flitsen blijven de dampbellen in de stroomafwaartse stroming omdat de stroomafwaartse druk onder de dampdruk van de vloeistof blijft.

Bij cavitatie herstelt de druk zich boven de dampdruk en klappen de dampbellen in.

1. Wat is flitsen?

Flitsen treedt op wanneer een vloeistof verdampt terwijl deze door een regelklep stroomt en stroomafwaarts gedeeltelijk verdampt blijft.

Het proces begint wanneer de lokale druk daalt tot of onder de dampdruk van de vloeistof.

Als de stroomafwaartse druk onder de dampdruk blijft, klappen de dampbellen niet in.

In plaats daarvan gaat het vloeistof-dampmengsel stroomafwaarts verder.

Een regelklepapplicatie wordt over het algemeen beschouwd als flitsen wanneer:

P₂ < Pᵥ

waarbij:

• P₂ = stroomafwaartse druk
• Pᵥ = dampdruk van de vloeistof

Flitsen kan aanzienlijke erosie veroorzaken omdat het snelstromende vloeistof-dampmengsel continu klep- en leidingoppervlakken kan raken.

2. Wat is cavitatie?

Cavitatie begint op een vergelijkbare manier.

Terwijl vloeistof door de vernauwing in een regelklep stroomt, neemt de snelheid toe en daalt de lokale druk.

Als de druk bij de vena contracta de dampdruk van de vloeistof bereikt, kunnen dampbellen ontstaan.

Het verschil treedt stroomafwaarts op.

Als de vloeistofdruk zich herstelt boven de dampdruk, klappen de bellen in.

Deze ineenklapping geeft energie vrij en kan leiden tot:

• Geluid
• Trillingen
• Pitting
• Schade aan de trim
• Verminderde klepprestaties

Cavitatieschade wordt vaak gekenmerkt door een ruw, gepit of onregelmatig oppervlak.

3. Flitsen versus cavitatie

Het onderscheid hangt voornamelijk af van de relatie tussen stroomafwaartse druk en dampdruk.

4. Waarom veroorzaakt flitsen erosie?

Wanneer flitsen optreedt, verandert de vloeistof in een vloeistof-dampmengsel.

Het mengsel kan een hoge snelheid bereiken door en stroomafwaarts van de klep.

In tegenstelling tot cavitatie, klappen de dampbellen niet herhaaldelijk tegen het klepoppervlak omdat de stroomafwaartse druk onder de dampdruk blijft.

Het belangrijkste probleem is daarom continue erosie door de snelstromende tweefasige stroming.

Schade door flitsen kan een relatief glad en gepolijst uiterlijk hebben, wat verschilt van de ruwe pitting die vaak geassocieerd wordt met cavitatie.

5. Waarom veroorzaakt cavitatie pitting?

Bij cavitatie ontstaan dampbellen wanneer de lokale druk voldoende laag wordt.

Naarmate de druk stroomafwaarts herstelt, klappen de bellen in.

Als de ineenklapping dicht bij een metalen oppervlak plaatsvindt, kan de energie die vrijkomt tijdens de ineenklapping van de bellen lokale schade veroorzaken.

Herhaaldelijke ineenklapping kan een ruw, gepit oppervlak op de klep trim veroorzaken.

In ernstige gevallen kan de schade zich uitbreiden naar de stroomafwaartse leidingen.

6. Hoe identificeer je flitsen of cavitatie?

Enkele praktische tekenen kunnen helpen het probleem te identificeren.

Mogelijke tekenen van cavitatie

• Luid geluid
• Sterke trillingen
• Gepitte klep trim
• Herhaaldelijke trimfouten
• Onstabiele regeling
• Schade nabij het drukherstelgebied

Mogelijke tekenen van flitsen

• Continue erosie
• Gladde of gepolijste beschadigde oppervlakken
• Tweefasige stroming stroomafwaarts
• Hoge stroomafwaartse snelheid
• Erosie van klepuitlaat en stroomafwaartse leidingen

Alleen visuele inspectie is echter niet voldoende om de exacte stromingstoestand te bepalen.

Procesdruk, temperatuur, stromingssnelheid en dampdruk van de vloeistof moeten worden beoordeeld.

7. Hoe kan cavitatie worden beheerst?

Omdat cavitatie verband houdt met drukherstel en ineenklapping van bellen, is het doel de omstandigheden die schadelijke ineenklapping van bellen mogelijk maken, te verminderen of te beheersen.

Mogelijke benaderingen zijn:

Gefaseerde drukvermindering

Gespecialiseerde trim kan de drukval in meerdere fasen verdelen.

Anti-cavitatie trim

Kooien en stromingspassages kunnen worden ontworpen om de snelheid en het drukherstel te beheersen.

Juiste klepafmetingen

Correcte dimensionering helpt onnodig hoge snelheid en overmatige drukval te voorkomen.

Geschikte klepselectie

De geometrie van de klepbehuizing en trim kan een grote invloed hebben op het drukherstel en het risico op cavitatie.

Bijvoorbeeld, Fisher Cavitrol III trim is ontworpen om drukvermindering te faseren in caviterende toepassingen.

8. Hoe kan schade door flitsen worden verminderd?

Flitsen kan niet eenvoudig worden geëlimineerd door de regelklep te veranderen, omdat het wordt bepaald door de procesomstandigheden.

Als de stroomafwaartse druk onder de dampdruk van de vloeistof blijft, kan flitsen optreden.

Het doel is daarom om de resulterende erosie te beheersen.

Veelvoorkomende benaderingen zijn:

• Selectie van erosiebestendige materialen
• Vermindering van de lokale vloeistofsnelheid
• Gebruik van geschikte klepgeometrie
• Bescherming van kwetsbare klepoppervlakken
• Vergroting van de stroomafwaartse stromingsruimte
• Selectie van geschikte klepontwerpen voor zware toepassingen

Emerson merkt op dat flitsen een systeemconditie is en raadt aan om klepgeometrie en materialen te selecteren die erosie minimaliseren in plaats van te proberen het flitsen zelf te voorkomen.

9. Kan dezelfde klep worden gebruikt voor flitsen en cavitatie?

Niet noodzakelijk.

De twee omstandigheden creëren verschillende schade mechanismen, dus de klep moet worden geselecteerd op basis van de werkelijke procesconditie.

Voor cavitatie is het ontwerddoel over het algemeen het beheersen van de drukval en het voorkomen of verminderen van schadelijke ineenklapping van bellen.

Voor flitsen is het ontwerddoel meer gericht op het beheersen van snelstromende tweefasige stroming en het minimaliseren van erosie.

Regelkleppen voor zware toepassingen kunnen worden ontworpen voor specifieke combinaties van cavitatie, flitsen, erosie, hoge drukval en hoge snelheid.

10. Welke procesgegevens zijn nodig?

Bij het evalueren van flitsen of cavitatie, verstrek:

• Naam van de vloeistof
• Stromingssnelheid
• Stroomopwaartse druk
• Stroomafwaartse druk
• Bedrijfstemperatuur
• Dampdruk
• Dichtheid van de vloeistof
• Leidingmaat
• Klepmaat
• Kleptype
• Vereiste drukval

Voor een bestaande klep, verstrek ook het klepmodellen en de triminformatie indien beschikbaar.

Dit stelt de klepleverancier in staat om de werkelijke drukcondities te evalueren in plaats van het probleem te diagnosticeren op basis van alleen geluid of zichtbare schade.

Conclusie

Flitsen en cavitatie beginnen vanuit een vergelijkbare omstandigheid: de vloeistofdruk daalt voldoende laag voor de vorming van dampbellen.

Het belangrijkste verschil is wat er daarna gebeurt:

Flitsen:

Damp vormt zich → Stroomafwaartse druk blijft onder dampdruk → Damp blijft in de stroming

Cavitatie:

Damp vormt zich → Stroomafwaartse druk herstelt zich → Dampbellen klappen in

Dit verschil leidt tot verschillende schade mechanismen.

Flitsen wordt voornamelijk geassocieerd met erosie door snelstromende vloeistof-dampstroming, terwijl cavitatie ernstige pitting, geluid en trillingen kan veroorzaken door ineenklappende dampbellen.

Correcte klepafmetingen, nauwkeurige procesgegevens en geschikte klep- of trimselectie zijn belangrijk voor beide omstandigheden.

Voor toepassingen met zware omstandigheden kunnen wij regelkleppen en gespecialiseerde klepoplossingen leveren van Fisher, Flowserve, Masoneilan, Samson, Koso en andere fabrikanten.

Als u kleperosie, geluid of trillingen ervaart, verstrek dan de procescondities en het bestaande klepmodellen voor een technische beoordeling.