Wat veroorzaakt cavitatie in regelkleppen?

Cavitatie in regelkleppen is een veelvoorkomend probleem bij vloeistoftoepassingen, vooral wanneer een klep werkt met een hoge drukval. Het kan leiden tot overmatig geluid, trillingen, schade aan de klepzitting en instabiele klepprestaties.

Cavitatie treedt op wanneer de druk van een vloeistof voldoende laag wordt tijdens het passeren van een regelklep, waardoor dampbellen ontstaan. Als de druk vervolgens herstelt, kunnen deze bellen met geweld imploderen en nabijgelegen klepoppervlakken beschadigen.

Het begrijpen van de oorzaken van cavitatie is belangrijk bij het selecteren en dimensioneren van regelkleppen voor veeleisende procesapplicaties.

1. Wat is cavitatie in regelkleppen?

Cavitatie treedt op wanneer de lokale druk van een vloeistof daalt tot of onder de dampdruk, terwijl de vloeistof door een vernauwing stroomt.

Binnen een regelklep treden de hoogste stroomsnelheid en de laagste lokale druk over het algemeen op rond de vena contracta. Als de druk op dit punt laag genoeg wordt, kunnen dampbellen ontstaan.

Naarmate de vloeistof stroomafwaarts beweegt, neemt de snelheid af en begint de druk te herstellen. Als de druk boven de dampdruk van de vloeistof stijgt, imploderen de dampbellen.

Deze herhaalde vorming en implosie van dampbellen is wat cavitatie veroorzaakt.

Cavitatie treedt alleen op bij vloeistofstroming. Gassen en dampen ondergaan dit type vloeistofcavitatie fenomeen niet.

2. Wat veroorzaakt cavitatie in een regelklep?

Verschillende proces- en klepomstandigheden kunnen bijdragen aan cavitatie.

Hoge drukval

Een grote drukval over de klep vergroot de kans dat de lokale druk bij de vena contracta onder de dampdruk van de vloeistof komt.

Dit is een van de belangrijkste factoren bij de beoordeling van cavitatie.

Toepassingen met:

• Hoge inlaatdruk
• Lage uitlaatdruk
• Groot drukverschil
• Hoge stroomsnelheid

kunnen speciale aandacht vereisen tijdens het dimensioneren en selecteren van de klep.

Lage uitlaatdruk

De druk stroomafwaarts van de klep beïnvloedt het drukherstel.

Als de procesomstandigheden een aanzienlijke drukvermindering door de klep veroorzaken, kan de lokale druk de dampdruk van de vloeistof bereiken.

Hoge vloeistoftemperatuur

De dampdruk is sterk afhankelijk van de vloeistoftemperatuur.

Naarmate de vloeistoftemperatuur toeneemt, neemt de dampdruk over het algemeen toe. Dit betekent dat een vloeistof gevoeliger kan worden voor dampvorming bij hogere temperaturen.

Hoge stroomsnelheid

Hoge snelheid door de klep vergroot de drukvermindering die gepaard gaat met de vernauwing.

De klepgeometrie, het ontwerp van de klepzitting en de doorstroomopening beïnvloeden allemaal de resulterende snelheid en het drukprofiel.

3. Waarom is cavitatie schadelijk?

Ongecontroleerde cavitatie kan verschillende problemen veroorzaken.

Geluid

De snelle implosie van dampbellen kan aanzienlijk geluid genereren. Het geluid kan lijken op grind of deeltjes die door de klep bewegen.

Trillingen

Herhaalde vorming en implosie van bellen kan trillingen in de klep en de aangesloten leidingen veroorzaken.

Ernstige trillingen kunnen kleponderdelen, de montage van de actuator en instrumentatie beïnvloeden.

Schade aan de klepzitting

Cavitatieschade verschijnt vaak als pitting en ruwe oppervlakken op de klepzitting of andere onderdelen die blootgesteld zijn aan de implosie van bellen.

Als de cavitatie ernstig is, kan de schade zich uitbreiden buiten de klep naar de stroomafwaartse leidingen.

Verminderde regelprestaties

Ernstige cavitatie kan de stabiele stromingsregeling verstoren en de levensduur van de klep verkorten.

4. Hoe de kans op cavitatie te controleren

Cavitatie moet worden geëvalueerd tijdens het dimensioneringsproces van de regelklep.

Belangrijke procesinformatie omvat:

• Vloeistoftype
• Debiet
• Druk aan de inlaatkant
• Druk aan de uitlaatkant
• Bedrijfstemperatuur
• Dampdruk
• Vloeistofdichtheid
• Klepgrootte
• Kleptype
• Vereiste drukval

Methoden voor het dimensioneren van regelkleppen gebruiken drukherstel en gerelateerde vloeistofparameters om de potentie voor cavitatie en choke flow te beoordelen.

Alleen het vergelijken van de inlaat- en uitlaatdruk is niet altijd voldoende, omdat de druk bij de vena contracta aanzienlijk lager kan zijn dan de druk aan de uitlaatkant.

5. Hoe kan cavitatie in regelkleppen worden verminderd?

De oplossing hangt af van de ernst en de bedrijfsomstandigheden.

Verminder de drukval per trap

In plaats van de gehele drukval in één ernstige vernauwing te laten plaatsvinden, kan gespecialiseerde klepzitting de drukvermindering over meerdere trappen verdelen.

Dit vermindert de lokale drukval en helpt de dampvorming te beheersen.

Gebruik anti-cavitatie klepzitting

Gespecialiseerde anti-cavitatie klepzitting kan het druk- en snelheidsverloop binnen de klep regelen.

Bijvoorbeeld, Fisher Cavitrol III klepzitting maakt gebruik van meerdere vernauwingen om de drukval te stapsgewijs te verminderen en de schadelijke effecten van cavitatie te verminderen.

Voor veeleisendere toepassingen zijn gespecialiseerde kleppen zoals de Fisher CAV4 ontworpen voor toepassingen met hoge drukval en cavitatie.

Controleer de klepafmetingen

Een verkeerd gedimensioneerde klep kan werken onder omstandigheden die de snelheid en drukval verhogen.

De klep moet worden gedimensioneerd volgens de werkelijke minimale, normale en maximale procesomstandigheden, in plaats van simpelweg de leidingdiameter te matchen.

Houd rekening met de klepgeometrie

De geometrie van de klepbehuizing en klepzitting beïnvloedt het drukherstel.

Klephuizen met een hoog herstelvermogen kunnen onder bepaalde omstandigheden gevoeliger zijn voor cavitatie, omdat de druk bij de vena contracta aanzienlijk kan dalen.

6. Cavitatie versus choke flow

Cavitatie en choke flow zijn gerelateerd, maar ze zijn niet precies hetzelfde.

Choke flow van vloeistoffen treedt op wanneer een toenemende drukval niet langer een overeenkomstige toename van de stroomsnelheid oplevert.

Cavitatie kan optreden als onderdeel van deze hoge drukvalconditie wanneer de lokale vloeistofdruk daalt tot de dampdruk en dampbellen ontstaan.

Daarom vereist een klep die dicht bij een choke flow conditie werkt een zorgvuldige evaluatie van het cavitatierisico.

7. Veelvoorkomende toepassingen waar cavitatie kan optreden

Cavitatie wordt waarschijnlijker een probleem bij toepassingen met hoge drukval, waaronder:

• Voedingswater voor ketels
• Regeling van de pompuitlaat
• Drukverlaging bij hoge druk
• Olie- en gasverwerking
• Petrochemische installaties
• Chemische verwerking
• Energieopwekking
• Hogedruk watersystemen

Regelkleppen voor zware toepassingen worden vaak gebruikt in toepassingen met hoge drukval, cavitatie, erosie, trillingen en andere veeleisende omstandigheden.

8. Welke informatie moet worden verstrekt voor klepselectie?

Als cavitatie wordt vermoed, verstrek dan de volgende informatie bij het aanvragen van een offerte voor een regelklep:

• Vloeistof / vloeistoftype
• Minimale, normale en maximale stroming
• Inlaatdruk
• Uitlaatdruk
• Bedrijfstemperatuur
• Dampdruk
• Soortelijk gewicht of dichtheid
• Leidingdiameter
• Klepgrootte
• Vereist regelbereik
• Bestaand klepmodellen, indien van toepassing

Deze informatie stelt de leverancier of klepingenieur in staat om het drukprofiel te evalueren en te bepalen of standaard klepzitting of een anti-cavitatie oplossing nodig is.

Conclusie

Cavitatie in regelkleppen wordt voornamelijk geassocieerd met vloeistofstroming, hoge drukval en lage lokale druk.

Het basisproces is:

Hoge stroomsnelheid → Lage druk bij vena contracta → Dampbellen vormen → Druk herstelt → Bellen imploderen → Geluid, trillingen en schade

Het voorkomen van ernstige cavitatie begint met de juiste klepafmetingen en procesevaluatie. Afhankelijk van de toepassing kunnen oplossingen bestaan uit stapsgewijze drukvermindering, gespecialiseerde anti-cavitatie klepzitting, geschikte klepgeometrie en geschikte materialen.

Wij leveren industriële regelkleppen en kleppositie-regelaars voor veeleisende procesapplicaties, inclusief oplossingen van Fisher, Samson, Masoneilan, Flowserve, Koso en andere fabrikanten.

Als u te maken heeft met klepgeluid, trillingen of herhaalde schade aan de klepzitting, verstrek dan het klepmodellen en de procesomstandigheden voor een configuratiebeoordeling.