Чтение онлайн

Сама эрозия может возникать как пограничная – вблизи крутообтекаемых тел, срывная – в области срывных течений, из-за плохого обтекания тел, щелевая – при высоких скоростях движения потока в щелях, через которые прорывается жидкость. При этом возникают и локальные гидравлические удары большой силы, и значительные пульсации. Для примера можно сказать, что при определенных типах кавитационно-эрозионных процессов на площади в 1 см2 в течение 1 сек. может образовываться и схлопываться более 30 млн. кавитационных пузырьков.

При неправильном расчете материалов затвора и седла или неправильном направлении эрозионного потока он может направляться не на наиболее износостойкие седла, а на менее износоустойчивую поверхность шара, в результате чего будет происходить значительно более быстрая потеря надежности и увеличивается вероятность отказа.

ВЛИЯНИЕ КАВИТАЦИИ НА МЕТРОЛОГИЧЕСКУЮ НАДЕЖНОСТЬ

Влияние кавитации обычно связывают исключительно с отрицательным воздействием на механические части и значительным развитием шума и вибрации. Однако также важно учитывать и такие выходные параметры как рождение турбулентности. Возникают и соответствующие проблемы, такие как ухудшение условий течения потока, вероятность внезапных пульсаций давления и расхода, рост газонасыщенности потока. Из них наиболее серьезно снизят точность и надежность регулирования пульсации давления и расхода. Динамическая ошибка из-за растущей нелинейности движения потока и отклонения от основной расходной характеристики будет резко возрастать.

Из гидравлических характеристик снижается величина пропускной способности, повышается коэффициент гидравлического сопротивления, искажается вид пропускной характеристики. Может наступить такой момент, когда с увеличением перепада давления на клапане расход через клапан остается неизменным и регулирование как таковое прекратится.

Учитывая, что кавитация, как правило, возникает при определенном перепаде давления и расходе, ее появление может проявляться в работе клапана как сбой. Например, при малых углах открытия клапана и определенном перепаде давления увеличивается расход и может возникать временный переход в кавитационный режим. Если клапан рассчитан неправильно и все время работает в условиях малого диапазона регулирования, то такой кавитационный режим может быть постоянным.

В связи с вышеизложенным, регулирующую арматуру следует проверять на возможность возникновения кавитации. Проверка проводится на предельно допустимый бескавитационный перепад давлений на клапане в зависимости от среды, условий течения ламинарного или турбулентного потока и числа Рейнольдса. Расчет на бескавитационный режим проводится в расчетных компьютерных программах типа Conval, Nelprof и др.

ВЛИЯНИЕ КОРРОЗИИ НА НАДЕЖНОСТЬ

Для определения связи параметров надежности с коррозией приведем простой пример. Так, все элементы клапана, соприкасающиеся с агрессивной средой, рассчитываются на коррозионную устойчивость в этой среде. Из 10 элементов, соприкасающихся со средой, если всего один будет неустойчив, то такой клапан будет неработоспособен.

Для работы арматуры в условиях коррозии характерно дискретное распределение. Функционально это будет отказ в связи с утечками агрессивной среды. Вероятность того, что из 1000 клапанов 900 будут работать безотказно, с учетом ограничений по коррозионной стойкости одного из элементов (9%) и связи его с потерей герметичности (7%) равна при биноминальном дискретном распределении примерно только 0,32. Это означает, что даже при потере надежности всего лишь одного элемента в клапане, надежность всего изделия при большой выборке (1000 шт.) будет падать существенно, и каждый 3 клапан будет находиться в состоянии постоянно увеличивающегося вероятного отказа по критерию коррозии и утечкам. Постоянное увеличение вероятности отказа здесь будет связано с ростом коррозионных явлений со временем. Полная картина надежности может быть собрана при достаточно большом объеме статистики.

В этом плане дальнейшее рассмотрение надежности каждого элемента, подбор деталей и элементов клапана равной долговечности для выхода на определенный период работы с облегчением обслуживания является одним из преимуществ высоконадежных клапанов.

ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИИ НА НАДЕЖНОСТЬ.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПУЛЬСАЦИЙ В КЛАПАНАХ

Пульсации давления и связанные с ними вибрации возникают на многих участках. Пульсации – это периодические скачки давления высокой частоты, часто возникающие при действии вращающихся узлов. Возникающие волны давления распространяются во все стороны со скоростью звука, и эта скорость определяется содержанием воздуха в массе, уровнем давления и свойствами технологического оборудования. Пульсации с частотой ниже 30 Гц являются наиболее проблематичными, поскольку они могут распространяться бесконтрольно даже вплоть до контуров питательной воды, вызывая, таким образом, колебания расхода пара. Традиционный спектр пульсаций, возникающий из-за волн давления, в связи с работой различных узлов приведен в табл.2.14.

Табл. 2.14. Характеристики пульсаций оборудования

Пульсации высокой частоты характерны для быстровращающихся узлов оборудования. К таким узлам относятся насосы. Изменение числа лопаток крыльчатки у насоса и их расположения существенно влияют на частотные характеристики волн концентрации и давления.

Пульсации средней частоты характерны для элементов, работающих периодически, например, узлов с контурами разбавления, нагрузки\разгрузки линий. К ним, в частности, могут относиться грязевики песочниц, циклонов, вихревых очистителей, и других узлов, работающих периодически.

Пульсации низкой частоты связаны с элементами, осуществляющими загрузку или открытие\закрытие всей линии. Для них, как правило, характерны высокие значения расходов среды.

Нерегулярные пульсации могут быть связаны с несбалансированной работой оборудования, наличием вибрации и износа. Так, при расшифровке диаграммы пульсации потока может выясниться, что пульсация может быть связана с износом насоса или малым количеством лопаток в рабочем колесе насоса.

Собственные пульсации возникают в среде, при таких явлениях как кавитация, когда происходит вскипание жидкости с образованием пара или выделением газа из газонасыщенных жидкостей. Турбулентность сохраняется на значительном расстоянии от места образования кавитационной области. Это особенно необходимо учитывать при установке клапанов на участках, характеризующихся высокими перепадами давлений.

Пульсации могут возникать и в связи с изменением характера движения среды по трубопроводу, расслоением и осаждением взвесей. В качестве примера можно привести изменение профиля скоростей и концентраций течения жидкости при течении через колена и сужения. Образующаяся турбулентность увеличивает пульсации концентраций по сечению трубопровода и приводит к неравномерной по времени нагрузке на запирающие элементы клапанов.

Пульсации, усиленные неравномерным распределением скоростей по сечению трубопровода, приводят к быстрому выходу клапана из строя. Так, неправильная установка и монтаж поворотной заслонки перпендикулярно продольной оси колена за насосом без учета особенностей распределения скоростей и задаваемой пульсации, быстро приводит к потере герметичности или расшатыванию всех соединений и протечкам.

Пульсации концентрации и давления серьезным образом воздействуют на всю систему гидротранспорта. Причины и последствия воздействия пульсаций на трубопроводы в технологических схемах приведены в табл. 2.15.

Табл. 2.15. Причины и последствия пульсаций в трубопроводах

Как видно из таблицы, все причины появления волн давления и гидроударов в системе связаны с открытием или закрытием клапанов.

В технологических схемах особенным образом выступает и поведение потока при быстром открытии линии. В этом случае из-за особенностей т.н. «стержневого течения» поток может двигаться с нарастающим ускорением в виде пробки. Если в трубопроводе при этом был только воздух, то, как правило, не избежать сильного гидравлического удара в системе и в основном по следующему по ходу движения потока элементу. Частая технологическая ошибка состоит в том, что клапаны открываются или закрываются в соответствии с внезапно возникшей производственной задачей, без соблюдения технологического регламента пуска или останова.

Пульсации особенным образом воздействуют на клапаны. Известны случаи, когда при неправильно подобранном запирающем элементе с креплением болтами за незначительное время происходило вывинчивание таких болтов и заклинивание клапана даже при незначительном сроке эксплуатации. Сильные пульсации в совокупности с гидроударом могут приводить к вылету штока из запирающего элемента и нанести существенный вред жизни и здоровью обслуживающего персонала.

Источником пульсаций и волн давления является и сам клапан. В соответствии с характеристикой изменения момента сил при закрытии, максимальная волна давления, отдаваемая в поток, происходит в момент, когда угол закрытия составляет примерно 85-95%. Это особенно выражено у всех видов шиберных задвижек и поворотных заслонок. Чтобы избежать слишком сильной волны давления необходимо медленно закрывать клапан на последнем участке и тем самым избежать резкого гидроудара в системе.