汽蝕對液壓閥壽命的影響

王紅，王玉全

（安陽工學院，河南安陽 455000）

汽蝕對液壓閥壽命的影響

王紅，王玉全

（安陽工學院，河南安陽 455000）

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

液壓閥；汽蝕；可靠性

前言

在很多礦山機械上的各類閥門，經常可以看到閥芯、閥座等零件的內部產生磨痕、深溝以及凹坑等，這些大多數都是由汽蝕引起的。汽蝕是一種水力流動現象，這種現象不僅能引起調節閥流通能力的減小，而且還會產生噪音、振動及對設備的損壞，從而嚴重影響閥的使用性能和壽命。因此，降低汽蝕對閥的影響，是提高閥使用壽命的關鍵。

1 汽蝕

氣蝕會在以下兩種情況下產生：

1）在一個大氣壓下，乳化液中會溶解一定量的空氣。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，當液壓回路中出現低壓（或至真空）時，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。這些氣泡分離出來后會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以極高的速度沖向氣泡擊破區，導致此處的壓力和溫度會急劇升高，引起強烈的振動和噪聲，這些極速的高壓液體流會對液壓元件造成極大的沖擊，甚至造成元件的損壞。

2）當在閥開啟的過程中，高壓的乳化液，會以射流的形式進入到閥內部，由于閥內部空間大，射流進來的少量液體會發生膨脹，并且壓力急速下降，部分液體會發生氣化，這些空泡會很快地膨脹、擴大。隨著閥的不斷開啟，直至全部開啟，閥內部的液體越來越多，壓力越來越大，直至和泵站壓力相同，這時擴大的空泡又會極具收縮、凝結，其周圍的液體以極高的速度沖向原氣泡所占空間，產生高強度的沖擊波，沖擊閥芯和閥殼，發生噪音引起震動。由于長期受到沖擊力反復作用以及液體中微量溶解氧的化學腐蝕作用，閥芯表面出現斑痕和裂紋甚至成海綿狀損壞，這種現象叫汽蝕，閥的這種汽蝕又稱間隙汽蝕。

在氣泡凝結破裂的同時，液體質點以很高的速度填充空穴，在此瞬間產生很強烈的水擊作用，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1000m/s。氣泡壽命周期約0.003s。氣泡破裂過程中伴隨著高溫高壓等復雜的現象。氣泡周圍液體的溫度可高達500～800℃，沖擊應力可達幾百至幾千個大氣壓，沖擊頻率可達每秒幾萬次，嚴重時會將壁厚擊穿。嚴重時會使閥中液體中斷，不能正常工作。

山西三元煤業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月后，發現閥密封不好，經維修人員拆檢后發現，閥套損壞嚴重。在閥口處有明顯的斑痕、凹坑，甚至有被擊穿的。見圖1。

對該閥套進行材質檢驗，檢驗結果如下：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）。化驗結果證明該閥套為45＃鋼。以前三元礦曾經用過的FHS200大流量操縱閥中的閥套為不銹鋼材質，并沒有出現過這種現象，說明改善材質質量可以很好地降低汽蝕對閥壽命的影響。

2 防止汽蝕的方法

在泵站系統中，欲防止發生汽蝕必須提高NP?SHa，使NPSHa>NPSHr。但是在閥的內部系統又和泵的結構有所不同，在液壓閥中，影響著氣蝕的主要因素有閥的結構、材料性能和系統設計。因此，液壓閥可防止發生汽蝕的措施如下：

1）減小初始進液流速：例如可增加阻尼裝置；

2）加大進液通道；

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

4）系統設計：加大閥的容積，以減小高速的氣泡對材料表面的沖擊。因此良好的系統設計可以很好地防止氣蝕破壞的發生；

5）在閥內部發生氣蝕時，可以關閉閥；

6）降低泵站吸入泵的乳化液中的空氣溶解量。可以采用油箱自然去除法、使用強制式氣泡去除器。

3 結束語

氣蝕破壞是液壓閥內部一種最為常見的破壞現象，但是通過合理的閥的形式設計和優化結構，以及良好的系統設計，可以有效地控制氣蝕現象的發生，有效地減小氣蝕現象所帶來的破壞，從而延長閥的使用壽命，保證閥的可靠性，保證整個液壓系統運行的可靠性。

[1]張克危.流體機械原理[M].北京：機械工業出版社，2001.

[2]祁冠方.氣泡對液壓系統的危害及其對策[J].機床與液壓，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

(責任編輯：郝安林）

2015-04-20

王紅（1981-），女，遼寧法庫人，安陽工學院講師，碩士，研究方向：機械設計。