Чому дросельний клапан схильний до кавітації?

Сприйнятливість доповоротні клапаникавітація тісно пов'язана з їх структурними характеристиками, характеристиками динаміки рідини та умовами експлуатації. Конкретні причини такі:

1. Конструкція дросельного клапана призводить до утворення локальних зон низького тиску

Компоненти відкривання та закривання дросельних клапанів є дископодібними дисковими пластинами. При обертанні, щоб відкрити, рідина повинна обтікати край пластини метелика. Місцева зона низького тиску утвориться за пластиною метелика (з боку нижньої течії). Коли тиск рідини падає нижче тиску насиченої пари, розчинені в рідині гази випадають в осад і утворюють бульбашки, що є початковою стадією кавітації.

Типовий сценарій: в умовах високої різниці тиску або високошвидкісного потоку води швидкість потоку на краю пластини метелика різко зростає. Відповідно до принципу Бернуллі, збільшення швидкості потоку призводить до зниження тиску, ще більше посилюючи утворення зон низького тиску і створюючи умови для кавітації.

2. Вплив турбулентності рідини та колапсу бульбашки

Коли рідина переносить бульбашки в зону високого тиску (наприклад, трубопроводи нижче за течієюповоротні клапани), бульбашки швидко згортаються, утворюючи мікроструми, які вдаряють по металевій поверхні. Частота цього удару є надзвичайно високою (до десятків тисяч разів на секунду), що спричиняє поступове утворення точок і лущення на поверхні металу, що зрештою пошкоджує поверхню ущільнення.

Підтримка даних: Експерименти показали, що сила удару, створена колапсом бульбашки, може досягати кількох сотень мегапаскалів, значно перевищуючи втомну міцність звичайних металевих матеріалів, і є основним механізмом кавітаційного пошкодження.

3. Регулюючі характеристики дросельних клапанів підвищують ризик кавітації

Поворотні клапани зазвичай використовуються для регулювання потоку, але коли отвір невеликий (<15 °~20 °), рідина проходить через вузький зазор між дисковою пластиною та сідлом клапана, спричиняючи різке збільшення швидкості потоку, подальше зниження тиску та значно збільшуючи ризик кавітації.

Технічний випадок: у вхідному клапані або системі очищення стічних вод гідроелектростанції, якщо дросельна заслінка протягом тривалого часу перебуває в стані регулювання невеликого отвору, за пластиною клапана швидко з’являться кавітаційні ямки, що спричинить порушення ущільнення та вимагає частої заміни пластини клапана або ущільнювального кільця.

4. Вплив характеристик середовища та умов експлуатації

Середовище, що містить частинки: якщо рідина містить тверді частинки, такі як осад і оксиди металів, мікрострумин, створюваний кавітацією, перенесе частинки, щоб вдарити по ущільнювальній поверхні, утворюючи складне пошкодження «ерозійної кавітації» та прискорюючи вихід з ладу.

Висока температура або корозійне середовище: висока температура може зменшити поверхневий натяг рідин і сприяти утворенню бульбашок; Корозійне середовище може послабити антикавітаційну здатність металевих матеріалів, а подвійний ефект посилює несправність поворотних клапанів.

5. Обмеження типів і конструкцій поворотних клапанів

Одинарний ексцентричний/центральний дросельний клапан: необхідно враховувати напрямок потоку води (пластинка клапана зміщена вниз за течією). Зворотне встановлення порушить стабільність поля потоку та збільшить ризик кавітації.

Монтаж вертикального трубопроводу: власна вага пластини клапана може спричинити нерівномірне навантаження на ущільнювальну поверхню, що призведе до локального зниження тиску та індукції кавітації.

Дроссельний клапан із м’яким ущільненням: гумові ущільнювальні кільця схильні до відшарування та пошкодження під впливом кавітації, хоча вони жорсткі.поворотні клапани, хоча і стійкі до ерозії, мають більш високу вартість і обмежене застосування.