Was ist Kavitation in Ventilen? Wie sollten wir es angehen?

Was ist Kavitation und ihre Auswirkungen?Ventileund Ausrüstung?

        Kavitation ist ein Phänomen, das auftritt, wenn der Druck unter den Dampfdruck einer Flüssigkeit fällt und es zur Bildung von Dampfblasen kommt. Diese Blasen kollabieren heftig, wenn sie in Regionen mit höherem Druck gelangen, und erzeugen starke Stoßwellen, Lärm und Vibrationen. Kavitation kann Industrieanlagen erheblich beschädigen, insbesondere Ventile und nachgeschaltete Rohrleitungssysteme. Die Hauptauswirkungen der Kavitation sind:

Lärm und Vibration: Der Zusammenbruch von Dampfblasen erzeugt hohe Geräuschpegel und Vibrationen mit großer Amplitude. Diese Vibrationen können schwere Schäden an Ventilkomponenten wie Federn, dünnen Membranen und freitragenden Strukturen verursachen. Sie können sich auch auf Instrumente wie Druckmessgeräte, Messumformer, Thermoelemente, Durchflussmesser und Probenahmesysteme auswirken.

Beschleunigter Verschleiß und Korrosion: Die starken Vibrationen durch Kavitation können zu beschleunigtem Verschleiß und Korrosion führen. Metalloberflächen können erodieren, was zu Mikroverschleiß und der Bildung von abrasiven Oxiden führt. Dieser Prozess beschleunigt die Beschädigung von Ventilen, Pumpen, Rückschlagventilen und allen rotierenden oder gleitenden Mechanismen. Kavitation kann auch zu Rissen in Ventilteilen und Rohrwänden führen und so die Integrität des Systems gefährden.

Kontamination: Die Materialien, die durch Kavitation erodiert werden, wie z. B. Metallpartikel und korrosive chemische Verbindungen, können die Flüssigkeit im Rohr verunreinigen. Dies ist besonders problematisch in Sanitär- oder Hochreinsystemen, wo bereits geringfügige Verunreinigungen erhebliche Folgen haben können.

Wie kann man Kavitation verhindern und mildern?

Mehrere Design- und Betriebsansätze können dazu beitragen, Kavitationsschäden zu verhindern oder zu mildern:

Änderungen am Ventildesign:

• Strömungsaufteilung: Durch die Aufteilung einer großen Strömung in kleinere Strömungen durch mehrere parallele Öffnungen kann die Größe der Kavitationsblasen reduziert werden. Kleinere Blasen erzeugen weniger Lärm und verursachen weniger Schäden.

• Stufenweiser Druckabfall: Anstelle eines einzigen großen Druckabfalls können Ventile mit mehreren Stufen der Druckreduzierung konstruiert werden. Jede Stufe reduziert den Druck schrittweise, wodurch verhindert wird, dass die Flüssigkeit ihren Dampfdruck erreicht, und somit Kavitation vermieden wird.

Ventilposition und Flüssigkeitsbedingungen:

• Höherer Druck am Ventileinlass: Durch die Positionierung des Steuerventils an einem Ort, an dem der Druck höher ist (z. B. weiter stromaufwärts oder auf einer niedrigeren Höhe), kann Kavitation verhindert werden, indem der Druck der Flüssigkeit über ihrem Dampfdruck gehalten wird.

•     Niedrigere Temperatur: In bestimmten Fällen kann die Kontrolle der Temperatur der Flüssigkeit (z. B. in einem Wärmetauscher) den Dampfdruck senken und so das Kavitationsrisiko verringern.

Vorausschauende Maßnahmen: Ventilhersteller können das Kavitationsrisiko abschätzen, indem sie den Druckabfall und den erwarteten Geräuschpegel berechnen. Ein Geräuschpegel unterhalb bestimmter Schwellenwerte (z. B. 80 dB für Ventile bis 3 Zoll, 95 dB für Ventile 16 Zoll und mehr) gilt als sicher, um kavitationsbedingte Schäden zu verhindern.

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Victor Feng

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