Kavitation und Kavitationsero­sion in Sitzventilen

Aufgabe / Zielsetzung

Sitzventile werden häufig im Bereich der Prozesstechnik eingesetzt, wobei eine hohe Prozesssicherheit bei unterschiedlichsten Medien vorausgesetzt wird. Aufgrund hoher Strömungsgeschwindigkeiten im Ventilspalt kommt es zu lokalen Druckabfällen, welche bei ungünstigen Betriebsbedingungen und / oder bei der Verwendung von Prozessmedien mit geringem Dampfdruck zu erheblicher Dampfkavitation führen können. Die entstehenden Dampfblasen kollabieren anschließend in Bereichen steigenden Druckes. Erfolgt dieser Vorgang wandnah, kann es je nach Kollapsintensität zur unerwünschten Kavitationserosion kommen.
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Vorhersage von Ort und Intensität der Kavitationserosion. Dabei müssen Schadensindikatoren der kavitierenden Strömung definiert werden.

Lösungsweg

Zunächst erfolgt die visuelle Untersuchung der Kavitation mittels Schattenaufnahmen. Hierfür wird ein typisches Sitzventil modifiziert, um die optische und sensorische Zugänglichkeit zu ermöglichen. Diese Voruntersuchung erlaubt die Definition von geeigneten Kavitationszuständen, welche anschließend in Dauerversuchen zur Untersuchung der Kavitationserosion eingestellt werden. Die austauschbare Gestaltung des Ventilmodells erlaubt eine Untersuchung der kavitationsgefährdenden Komponenten nach jedem Versuch. Ein Vergleich der Schadensbilder ermöglicht die anschließende Beurteilung der Kavitationsaggressivität bei verschiedenen Betriebszustände. Durch numerische Untersuchungen werden lokal herrschende Strömungsgrößen bestimmt, welche zur Vorhersage dieser Kavitationserosion dienen.

Die präsentierten Forschungsarbeiten erfolgten im Rahmen einer Kooperation mit der Firma Bürkert Werke GmbH. Die Autoren danken dieser Firma für die Förderung und freundliche Unterstützung.