汽蝕對(duì)液壓閥壽命的影響

王紅，王玉全

（安陽(yáng)工學(xué)院，河南安陽(yáng) 455000）

汽蝕對(duì)液壓閥壽命的影響

王紅，王玉全

（安陽(yáng)工學(xué)院，河南安陽(yáng) 455000）

分析了液壓閥汽蝕產(chǎn)生的原因以及給液壓閥帶來(lái)的影響；給出了防止汽蝕破壞液壓閥的方法，以延長(zhǎng)液壓閥的使用壽命，保證液壓閥的可靠性。

液壓閥；汽蝕；可靠性

前言

在很多礦山機(jī)械上的各類閥門，經(jīng)?？梢钥吹介y芯、閥座等零件的內(nèi)部產(chǎn)生磨痕、深溝以及凹坑等，這些大多數(shù)都是由汽蝕引起的。汽蝕是一種水力流動(dòng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象不僅能引起調(diào)節(jié)閥流通能力的減小，而且還會(huì)產(chǎn)生噪音、振動(dòng)及對(duì)設(shè)備的損壞，從而嚴(yán)重影響閥的使用性能和壽命。因此，降低汽蝕對(duì)閥的影響，是提高閥使用壽命的關(guān)鍵。

1 汽蝕

氣蝕會(huì)在以下兩種情況下產(chǎn)生：

1）在一個(gè)大氣壓下，乳化液中會(huì)溶解一定量的空氣。而且溶解度與乳化液的壓力成正比，即壓力越高，溶解度越大，乳化液中溶解的氣體體積就越大，當(dāng)液壓回路中出現(xiàn)低壓（或至真空）時(shí)，溶解于乳化液中的氣體由于壓力降低，溶解度隨之降低，以至于使這些氣體以氣泡的形式溢出。這些氣泡分離出來(lái)后會(huì)隨乳化液由低壓腔到高壓腔，氣泡在高壓乳化液的沖擊下會(huì)被擊破，氣泡又重新溶解于乳化液中，使管路局部形成真空，周圍的高壓乳化液就會(huì)以極高的速度沖向氣泡擊破區(qū)，導(dǎo)致此處的壓力和溫度會(huì)急劇升高，引起強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲，這些極速的高壓液體流會(huì)對(duì)液壓元件造成極大的沖擊，甚至造成元件的損壞。

2）當(dāng)在閥開(kāi)啟的過(guò)程中，高壓的乳化液，會(huì)以射流的形式進(jìn)入到閥內(nèi)部，由于閥內(nèi)部空間大，射流進(jìn)來(lái)的少量液體會(huì)發(fā)生膨脹，并且壓力急速下降，部分液體會(huì)發(fā)生氣化，這些空泡會(huì)很快地膨脹、擴(kuò)大。隨著閥的不斷開(kāi)啟，直至全部開(kāi)啟，閥內(nèi)部的液體越來(lái)越多，壓力越來(lái)越大，直至和泵站壓力相同，這時(shí)擴(kuò)大的空泡又會(huì)極具收縮、凝結(jié)，其周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占空間，產(chǎn)生高強(qiáng)度的沖擊波，沖擊閥芯和閥殼，發(fā)生噪音引起震動(dòng)。由于長(zhǎng)期受到?jīng)_擊力反復(fù)作用以及液體中微量溶解氧的化學(xué)腐蝕作用，閥芯表面出現(xiàn)斑痕和裂紋甚至成海綿狀損壞，這種現(xiàn)象叫汽蝕，閥的這種汽蝕又稱間隙汽蝕。

在氣泡凝結(jié)破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)以很高的速度填充空穴，在此瞬間產(chǎn)生很強(qiáng)烈的水擊作用，并以很高的沖擊頻率打擊金屬表面，微觀射流的沖擊速度可能超過(guò)1000m/s。氣泡壽命周期約0.003s。氣泡破裂過(guò)程中伴隨著高溫高壓等復(fù)雜的現(xiàn)象。氣泡周圍液體的溫度可高達(dá)500～800℃，沖擊應(yīng)力可達(dá)幾百至幾千個(gè)大氣壓，沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬(wàn)次，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將壁厚擊穿。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使閥中液體中斷，不能正常工作。

山西三元煤業(yè)股份有限公司所用大流量操縱閥FHS200，在礦上安裝并使用一個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)閥密封不好，經(jīng)維修人員拆檢后發(fā)現(xiàn)，閥套損壞嚴(yán)重。在閥口處有明顯的斑痕、凹坑，甚至有被擊穿的。見(jiàn)圖1。

對(duì)該閥套進(jìn)行材質(zhì)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如下：各成分含量分別為：C占0.49%（參考值0.42%～0.50%），S占0.014%（參考值≤0.035），Si占0.27%（參考值0.17%～0.37%），Mn占0.61%（參考值0.50%～0.80%），P占0.025%（參考值≤0.035）?；?yàn)結(jié)果證明該閥套為45＃鋼。以前三元礦曾經(jīng)用過(guò)的FHS200大流量操縱閥中的閥套為不銹鋼材質(zhì)，并沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)這種現(xiàn)象，說(shuō)明改善材質(zhì)質(zhì)量可以很好地降低汽蝕對(duì)閥壽命的影響。

2 防止汽蝕的方法

在泵站系統(tǒng)中，欲防止發(fā)生汽蝕必須提高NP?SHa，使NPSHa>NPSHr。但是在閥的內(nèi)部系統(tǒng)又和泵的結(jié)構(gòu)有所不同，在液壓閥中，影響著氣蝕的主要因素有閥的結(jié)構(gòu)、材料性能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，液壓閥可防止發(fā)生汽蝕的措施如下：

1）減小初始進(jìn)液流速：例如可增加阻尼裝置；

2）加大進(jìn)液通道；

3）使用耐氣蝕的材料：高硬度的材料更能降低氣蝕的破壞。比如用不銹鋼來(lái)代替45號(hào)鋼，就可以再很大程度上降低氣蝕對(duì)閥的損壞；

4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)：加大閥的容積，以減小高速的氣泡對(duì)材料表面的沖擊。因此良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以很好地防止氣蝕破壞的發(fā)生；

5）在閥內(nèi)部發(fā)生氣蝕時(shí)，可以關(guān)閉閥；

6）降低泵站吸入泵的乳化液中的空氣溶解量?？梢圆捎糜拖渥匀蝗コ?、使用強(qiáng)制式氣泡去除器。

3 結(jié)束語(yǔ)

氣蝕破壞是液壓閥內(nèi)部一種最為常見(jiàn)的破壞現(xiàn)象，但是通過(guò)合理的閥的形式設(shè)計(jì)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)，以及良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以有效地控制氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，有效地減小氣蝕現(xiàn)象所帶來(lái)的破壞，從而延長(zhǎng)閥的使用壽命，保證閥的可靠性，保證整個(gè)液壓系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

[1]張克危.流體機(jī)械原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]祁冠方.氣泡對(duì)液壓系統(tǒng)的危害及其對(duì)策[J].機(jī)床與液壓，1995（5）.

Cavitation of the hydraulic valve Life

WANG Yuquan,WANG Hong
（Department of Mechanical Engineering Anyang Institute of Technology,Anyang 455000,China）

The analysis of the hydraulic valve cavitation caused and the impact to hydraulic valves;Shows some method of preventing cavitation damaging hydraulic valves,in order to extend the service life of hydraulic valve and ensure the reliability of hydraulic valve.

hydraulic valve;cavitation;reliability

TH137.5

A

1673-2928（2015）06-0017-02

(責(zé)任編輯：郝安林）

2015-04-20

王紅（1981-），女，遼寧法庫(kù)人，安陽(yáng)工學(xué)院講師，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)。