Buktatók a szabályozószelep test kiválasztásban

Ezt a feladatot - az élet szülte kényszerből kifolyólag - sokszor nem áramlástani szakértők végzik. Ilyen esetekben jól jöhet az a néhány alapvető ismeret, amire ez alkalommal sort kerítünk. Tapasztalataim szerint egyes (korrektebb) szelepszállítók egy árajánlat kiadása előtt rengeteg "tudálékos" kérdést tesznek fel, mások bezzeg csípőből ajánlatot adnak. Nagy valószínűséggel az utóbbi ajánlat lesz az olcsóbb. Nézzünk néhány olyan jelenséget, melynek kivédéséhez elengedhetetlenek azok a fránya kérdések!

Szuperszónikus szabályozószelepek nincsenek!
Az egyik előző részben említettük, hogy a teljesen nyitott szelepen is nyomás esik, miközben átáramlik rajta a közeg. Ennek oka az áramlási keresztmetszet csökkenése. Emiatt a csúszószárasokon elég nagy nyomás esik, a pillangókon, golyósszelepeken sokkal kisebb. A nyomásesés arányos az átfolyó közeg térfogatáramának négyzetével és a közeg sűrűségével. Ez azt jelentené, hogy egy adott szelepnél és közegnél a nyomásesés-térfogatáram karakterisztika egy parabola lenne. Az átáramló mennyiséget tetszésünk szerint növelhetnénk, csupán a szelep előtt és után levő nyomások különbségét kellene növelni.
Sajnos nem így van! Mivel a szelep belsejében kisebb a keresztmetszet mint a szelep előtt vagy után, odabenn az áramlási sebesség jóval nagyobb. Elérhető az az állapot, mikor a szelepben a gáz a hangsebességet közelítő sebességgel áramlik. Ezt a sebességküszöböt a közeg nem tudja átugrani. Hiába növeljük a nyomáskülönbséget, a szelep telítődésbe megy át, és a mennyiség állandó marad. Hurrá, feltaláltunk egy áramlásszabályozót! Ez a szelep ezután úgy működik, mint egy áramgenerátor: Hiába növeljük a tápfeszültséget, a kimenő áram konstans marad... (A jelenséget fojtott áramlásnak "choked flow" nevezik.)

A volt-nincs buborékok esete a szeleppel
Kiskoromban mindig kérdeztem öreganyámat, miért kell a bablevest kuktában főzni. Azt mondta: "Mert hamarabb megfő." Hiába kérdeztem hogy miért, használható választ csak később fizikaórán kaptam, amikor megtudtam hogy a folyadékok forráspontja függ a nyomástól. Jó ezt tudni a szelepvásárlóknak is. Az előző pontban láttuk, hogy a szelep belsejében felgyorsul az áramlás, azaz csökken a nyomás. Ha a szelepünkben folyadék áramlik, előfordulhat - főleg részben zárt szelepnél - hogy a nyomás annyira leesik, hogy a közeg odabenn felforr! Ez milliónyi buborék villámgyors keletkezésével jár, majd e buborékok a közeg lassulásakor bekövetkező nyomásnövekedés hatására összeroppannak és újból folyadékká válnak. Volt-nincs buborék! Odabenn ez a folyamat azonban milliónyi apró robbanást jelent, ami a szelep érintett alkatrészeit meglepő gyorsasággal lepusztítja. Ez a jelenség a kavitáció "cavitation", a tartalékalkatrész kereskedők imádott bálványa.
Tartósan kis nyitásban üzemelő folyadékszelepeknél a kavitáció gyakori vendég. Ilyenkor tanácsos egy soklyukú torlótárcsát (köznyelven húsdarálótárcsa) beépíteni a szelep után. A nyomás egy része ezen fog esni, a szelep jobban kinyithat...

A pezsgőfürdő készítő szelep
Az előbbi szelepben dúló kavitációnak azonnal véget vethetünk, ha a szelep mögötti nyomást nem engedjük viszaemelkedni a gőznyomás fölé. Ekkor a buborékok megmaradnak és a közeggel együtt távoznak, mintha csak pezsgőfürdőt akarnánk táplálni. Ez a jelenség is eszi a szelepalkaltrészeket, de korántsem annyira mint a kavitáció. Ezt kiforrásnak "flashing" nevezi a szakirodalom. Hogy mi tette tönkre a szelepünk dugóját, a roncsolt felület jellegéből megállapíthatjuk: Ha a kopási felület szemcsés, apró kráterekkel borított, akkor kavitációval, ha szép fényesre "kopottnak" tűnik, akkor kiforrással van dolgunk. Az első esetben azonnali akcióra van szükség, a kiforrás azonban hosszabb távon elviselhető.

A lármás szelep
Egy szabályozószelep ezerféle zajt kelt: A mechanikus részek egymáshoz verődnek vagy rezonálnak, a kavitációs buborékok keletkeznek-összeroppannak, stb. Az összes zajok közül mégis az aerodinamikai "fütyülés" a legjelentősebb. Erről annyit feltétlenül tudni kell, hogy egy nyílás által gerjesztett zaj a keresztmetszet négyzetével arányos. Tehát ha 1 db, 50 négyzetcentiméteres furat helyett 2 db 25 négyzetcentis furatot teszünk a szelepbe, a kettő együtt is kisebb zajt kelt! Sokkal jobb megoldást nyerünk tehát, ha az áramlást sok-sok apró furaton eresztjük át egy nagy helyett.

Védekezés:
Fenti jelenségek ellen sok műszaki megoldás van (lásd a jobboldali ábrát), mindegyik drágítja a szelepet. Ez (is) oka lehet annak, ha két ajánlat között meglepően nagy árkülönbség van. Ne kapkodjuk el a döntést!