Venttiilikavitaatio
Ilmonen, Kaisa (2019)
Ilmonen, Kaisa
2019
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201904074522
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201904074522
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia säätöventtiileihin kohdistuvaa, suuren paineen pudotuksen aiheuttamaa höyrystymistä ja kavitaatioilmiötä. Opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää yleisimpien säätöventtiilityyppien ominaisuuksia ja venttiileissä esiintyvän kavitaation syntyä sekä keinoja kavitaation estämiseksi, jotta venttiilikavitaation ymmärrys parantuisi ja säätöventtiiliratkaisut voitaisiin suunnitella paremmin, jolloin säätöventtiilien käyttöikä pidentyisi.
Tavoitteeseen pääsemiseksi lasketaan ongelmallisten säätöventtiilien ja niihin kuuluvien putkistojen paineprofiilit painehäviöohjelmia sekä venttiilivalmistajien mitoitusohjelmia apuna käyttäen. Opinnäytetyössä tarkastellaan erilaisten säätöventtiilien rakennetta ja ominaisuuksia, virtauksen käyttäytymistä venttiileissä erilaisten laskentakaavojen kautta sekä venttiilien mitoituksessa yleisesti huomioitavia asioita. Lisäksi opinnäytetyössä käsitellään kavitaatioilmiön syntyä, kavitaation vaikutuksia, mahdollisia keinoja venttiilikavitaation vähentämiseen tai estämiseen sekä laskennallista tapaa kavitaatioriskin ennustamiseen.
Tuloksista havaitaan säätöventtiilien ennenaikaisen kulumisen johtuvan veden höyrystymisestä venttiileissä suuren painepudotuksen vuoksi. Suunnittelun myötä nykyisessä sovelluksessa höyrystymistä on vaikea estää ilman mittavaa uudelleensuunnittelu- ja rakennusprojektia. Ongelmallisten säätöventtiilien tilaa olisi hyvä alkaa seurata ja ennustaa, jolloin venttiilien kulumisen ja hajoamisen ennakointi olisi mahdollista. Myös venttiilien materiaalivalintoihin olisi hyvä kiinnittää huomiota.
In this thesis a vaporization and a cavitation phenomenon caused by a high pressure drop in control valves were studied. The aim of the thesis was to clarify the properties of the most common control valves, the formation of cavitation in the valves, and methods to prevent cavitation to better understand the phenomenon of cavitation in valves. This would enable better design of control valve solutions, thus increasing the operating life of the valves.
The pressure profiles of problematic control valves and the associated piping systems were calculated using pressure loss programs to reach the aim. The thesis deals with the structure and properties of the various control valves, various formulas to calculate the behavior of the flow, and observations to be taken into consideration when sizing the valves. Further the thesis deals with the formation of the cavitation phenomenon, the effects of cavitation, possible methods to reduce or prevent cavitation in valves, and a computational method to predict the risk of cavitation.
The results assigned premature wear of the control valves to the vaporization of water in the valves. It would be difficult to prevent the vaporization in the current application without a large-scale design and construction project. It would be useful to start observing the problematic control valves by computational methods to predict wearing and breakage. Attention could also be paid to the selection of valve materials.
Tavoitteeseen pääsemiseksi lasketaan ongelmallisten säätöventtiilien ja niihin kuuluvien putkistojen paineprofiilit painehäviöohjelmia sekä venttiilivalmistajien mitoitusohjelmia apuna käyttäen. Opinnäytetyössä tarkastellaan erilaisten säätöventtiilien rakennetta ja ominaisuuksia, virtauksen käyttäytymistä venttiileissä erilaisten laskentakaavojen kautta sekä venttiilien mitoituksessa yleisesti huomioitavia asioita. Lisäksi opinnäytetyössä käsitellään kavitaatioilmiön syntyä, kavitaation vaikutuksia, mahdollisia keinoja venttiilikavitaation vähentämiseen tai estämiseen sekä laskennallista tapaa kavitaatioriskin ennustamiseen.
Tuloksista havaitaan säätöventtiilien ennenaikaisen kulumisen johtuvan veden höyrystymisestä venttiileissä suuren painepudotuksen vuoksi. Suunnittelun myötä nykyisessä sovelluksessa höyrystymistä on vaikea estää ilman mittavaa uudelleensuunnittelu- ja rakennusprojektia. Ongelmallisten säätöventtiilien tilaa olisi hyvä alkaa seurata ja ennustaa, jolloin venttiilien kulumisen ja hajoamisen ennakointi olisi mahdollista. Myös venttiilien materiaalivalintoihin olisi hyvä kiinnittää huomiota.
In this thesis a vaporization and a cavitation phenomenon caused by a high pressure drop in control valves were studied. The aim of the thesis was to clarify the properties of the most common control valves, the formation of cavitation in the valves, and methods to prevent cavitation to better understand the phenomenon of cavitation in valves. This would enable better design of control valve solutions, thus increasing the operating life of the valves.
The pressure profiles of problematic control valves and the associated piping systems were calculated using pressure loss programs to reach the aim. The thesis deals with the structure and properties of the various control valves, various formulas to calculate the behavior of the flow, and observations to be taken into consideration when sizing the valves. Further the thesis deals with the formation of the cavitation phenomenon, the effects of cavitation, possible methods to reduce or prevent cavitation in valves, and a computational method to predict the risk of cavitation.
The results assigned premature wear of the control valves to the vaporization of water in the valves. It would be difficult to prevent the vaporization in the current application without a large-scale design and construction project. It would be useful to start observing the problematic control valves by computational methods to predict wearing and breakage. Attention could also be paid to the selection of valve materials.