Las fallas de la válvula y su análisis de causa (segunda parte)

(2)Grietas en el cuerpo de la válvula debido a factores ambientales externos
El entorno externo, como baja temperatura, alta temperatura y alta presión, hará que el cuerpo de la válvula sufra fluencia, fatiga e impacto, lo que hará que el cuerpo de la válvula se rompa. Cierta literatura menciona que la razón de la rotura del cuerpo de la válvula del tubo ascendente del horno de coque es principalmente la corrosión compuesta a largo plazo por altas temperaturas y otras condiciones de trabajo, lo que resulta en deformación, agujeros, atascos y otros. Se encontró que el cuerpo de la válvula de retención de la salida del extremo de la bomba elevadora de agua fangosa se agrietó debido a los repetidos golpes de ariete hacia adelante y hacia atrás de un fluido que contenía una gran cantidad de sedimentos y una caída de 30 m. La fuerza de la válvula de retención se daña en gran medida, lo que reduce la vida útil del cuerpo de la válvula.
 
(3)Fuerza desigual en la válvula causada por una fuerte vibración, resonancia o instalación violenta
Durante el uso, el cuerpo de la válvula que se agrietó debido a la vibración y otros factores se ve afectado por el medio, lo que extenderá las grietas y, en última instancia, provocará daños en el cuerpo de la válvula. Se investigó el impacto de la vibración y el ruido en la válvula principal de aislamiento de vapor de las centrales nucleares, y se encontró que el reductor provocó que el caudal de vapor excediera los 40 a 60 m/s recomendados, alcanzando los 87 m/s, lo que resultó en ruido acústico. , formando una cavidad de resonancia acústica y produciendo daños por fatiga por contacto en la válvula (Figura 4). Mientras tanto, la cavitación también aceleró la tasa de daño de la válvula. La vibración de fatiga de ciclo alto y la vibración de fatiga de ciclo bajo acortarán la vida útil de la válvula y causarán ciertos daños al sistema de generación de energía, las tuberías y los instrumentos.
 


3.Interferencia
(1) La deformación y la flexión fueron causadas por la selección del material y la superposición de tensión, o la válvula se atascó debido a razones físicas, como un empaque demasiado apretado. Cuando se realizó la prueba de fatiga de la válvula, las fallas ocurren muchas veces. Después de desarmar la válvula, las razones principales fueron que el material del vástago no era lo suficientemente fuerte y la rosca estaba severamente dañada; el pedúnculo y la nuez fueron decomisados; el acabado superficial de las piezas no cumplía con los requisitos; La soldadura por fusión del par de pernos se produce debido a la tensión térmica y la prueba de fatiga de la válvula no se pudo realizar con normalidad. Se encontró que la presión de apertura y cierre de la válvula en estado atascado es más alta que en el estado normal después de comparar la válvula de compuerta hidráulica en estado normal y atascado. Las curvas características de apertura y cierre de la válvula se muestran en la Figura 5 y la Figura 6. Después de desmontar y montar la válvula, sabíamos que el gran error de distancia entre las placas de la válvula también provocaría que la válvula se atascara. Los datos de desmontaje e inspección se muestran en la Tabla 3.
 
 
Figura 5 Curvas características de apertura y cierre de la válvula en estado de atasco


Figura 6 Curvas características de apertura y cierre de la válvula en estado normal
                                                    
Tabla 3 La comparación de los datos de desmontaje e inspección mm

 
(2) The valve is stuck due to pollution or chemical corrosion caused by the working environment. The liquid oxygen regulating valve in the main engine of the space shuttle was stuck due to the corrosion of the valve stem. It is found that due to replacement and lack of new oil film on the surface of the distributor slide valve, the remaining oil film was deteriorated and glued under the action of hot air in the transmission box for a long time, causing the valve stem to rust and the valve to jam.
 
4. Vibration and noise of valves 
In the actual production process, vibration and noise of valves are usually accompanied by each other. Medium vibration, unstable flow, and vortex caused by reduced diameter will cause vibration of valves, reduce control performance, affect the service life, and even cause leakage and other accidents of valves. The main causes of the vibration and noise of valves are as follows:
 
(1) Mechanical vibration
The unreasonable number and spacing of process pipelines, elbows and valves will cause vibration and pressure pulsation in the pipeline (Figure 7). The resonance of the external environment and the medium fluid will also cause the valve to vibrate. The reason for the mechanical vibration of the valve also includes the vibration of the valve disc. When the medium flows through the valve disc, the pressure difference before and after the inflow was greatly increased, causing the valve disc to vibrate, thereby causing the valve to vibrate. When the research was conducted for the vibration of the pipeline, it is found that the fluid pulsation is the main cause of the pipeline's vibration. Another research was performed for dynamics of cantilever pipes at different flow rates and it is found that when the medium velocity exceeds the critical velocity, the pipe would periodically vibrate and the valve would also vibrate.
 
(2) Cavitation vibration
Cavitation vibration mainly occurs when the medium is liquid (Figure 8). When the fluid flow rate increases. The pressure decreases and is lower than the saturated vapor pressure, the liquid will generate bubbles. When the saturated vapor pressure is restored, the bubbles will burst. As the bubbles repeatedly generate and burst, the valve will vibrate. The vibration of the boiler reheater regulating valve was mainly caused by severe cavitation caused by the deviation of the valve design after theoretical analysis and diagnostic experiments.
 
(3) Fluid dynamics vibration
Large medium flow, unstable flow, reduced diameters and other reasons can cause vortex to occur. The occurrence probability is random. The calculation method for the complicated vortex is complicated. The energy is uncertain. Resonance will occur when the fluid frequency is the same as the valve frequency. The calculation of the vortex frequency is very complicated, but subjectively, the vortex will fall  at specific frequency. When the falling frequency is consistent with the natural frequency of the valve, it will cause resonance and noise. FLUENT combined with three-dimensional modeling and finite element method to simulate and analyze the flow passage of the main steam isolation valve. According to time-averaged flow field calculation and large eddy simulation, the flow characteristics of the three-dimensional turbulence field were studied and the flow field inducement of vibration and noise was found.

 
Figure 7 The vibration caused by the pressure pulsation


Figure 8 The vibration caused by the cavitation
 
From the perspective of the main failure modes of valve bodies such as breaking, jamming, vibration and noise, most of them are caused by vibration, except for design and material factors. Regarding vibration of valves, although a large number of studies have been carried out at home and abroad, most of the studies only analyze and calculate the failure of specific valves, without forming a unified method or criterion. It is difficult to fundamentally solve the vibration of the valve due to the complex fluid flow, complex calculation of vortex energy and frequency, random probability of occurrence of resonance, and factors such as environmental corrosion and destruction.