Дроссельные клапаны являются широко используемыми устройствами для управления трубопроводами. Их крутящий момент, потеря давления и кавитация напрямую влияют на эффективность работы и срок службы.
Крутящий момент имеет решающее значение для плавной работы и представляет собой усилие, необходимое для открытия или закрытия клапана. При высокой вязкости или давлении среды крутящий момент увеличивается. Различные углы наклона диска клапана также приводят к разным значениям крутящего момента. Крутящий момент минимален, когда клапан полностью открыт или полностью закрыт, и часто максимален, когда он частично открыт.
Некачественные дроссельные клапаны склонны к заклиниванию из-за нестабильного крутящего момента. Мы оптимизировали материал вала клапана, используя износостойкие сплавы. Между диском клапана и седлом нанесено смазочное покрытие для уменьшения трения. Испытания показывают, что дроссельные клапаны с техническими характеристиками от DN100 до DN600 сохраняют стабильный крутящий момент от 50 до 300 Н·м без заклинивания во время работы. При транспортировке кислотных или щелочных сред по химическим трубопроводам дроссельные клапаны с защитой от коррозии демонстрируют более медленное снижение крутящего момента. После одного года эксплуатации на химическом заводе рабочая сила клапанов осталась на уровне более 90% от исходного состояния.
Потеря напора является ключевым фактором энергоэффективной работы, в первую очередь относящимся к потере давления при прохождении среды через клапан. Чем больше потеря, тем выше энергопотребление насоса. Форма диска клапана и степень открытия являются основными факторами, влияющими на это. Традиционные дроссельные клапаны имеют острые края на клапанной пластине, что приводит к высокой потере напора. Мы используем обтекаемую конструкцию клапанной пластины с закругленными краями. В полностью открытом состоянии потери напора снижаются на 15–20 % по сравнению с обычными клапанами-бабочками. Потери напора варьируются в зависимости от степени открытия. Когда степень открытия превышает 80%, увеличение потерь происходит постепенно. Когда степень открытия ниже 30%, потери резко увеличиваются. Рекомендуется избегать длительной эксплуатации при небольшом открытии в реальных условиях. После реконструкции водоочистная станция достигла 15% снижения потерь напора и примерно 8% ежемесячной экономии затрат на электроэнергию.
Кавитация представляет собой невидимую угрозу повреждения оборудования, вызванную резким падением давления в потоке среды, в результате чего образуются пузырьки, которые затем разрываются и ударяются о компоненты клапана. Длительная кавитация может привести к износу диска и седла клапана и даже к утечке. Кавитация чаще возникает в условиях высоких скоростей потока и значительных колебаний давления. Мы внедрили целевые оптимизации: добавили буферные канавки к седлу клапана для уменьшения колебаний давления и использовали клапанные пластины из твердого сплава в трубопроводах высокого давления для противодействия ударному износу. Например, в нефтехимическом проекте, где скорость потока среды достигала 3 м/с, после установки антикавитационных дроссельных клапанов клапанные пластины не показали значительных повреждений после двух лет эксплуатации. В отличие от этого, обычные дроссельные клапаны в тех же условиях эксплуатации требовали замены уплотнения уже через шесть месяцев.
При выборе дроссельной заслонки сначала рассчитайте давление и расход среды в трубопроводе. Для коррозионных сред отдавайте предпочтение фторированным материалам облицовки, чтобы снизить падение крутящего момента. В условиях высокого расхода обязательно используйте антикавитационные модели, чтобы минимизировать затраты на техническое обслуживание. Каждая дроссельная заслонка перед отправкой проходит испытания на крутящий момент, эксперименты по потере давления и симуляцию кавитации. Только после обеспечения соответствия спецификациям они отправляются, что гарантирует более плавную работу трубопровода.