Prečo je škrtiaca klapka náchylná na kavitáciu?

Náchylnosť naklapkys kavitáciou úzko súvisí s ich štrukturálnymi charakteristikami, charakteristikami dynamiky tekutín a prevádzkovými podmienkami. Konkrétne dôvody sú nasledovné:

1. Štruktúra škrtiacej klapky vedie k vytvoreniu lokálnych nízkotlakových oblastí

Otváracie a uzatváracie komponenty klapiek sú kotúčové klapky. Pri otáčaní na otvorenie musí tekutina prúdiť okolo okraja motýľovej dosky. Za doskou motýľa (strana po prúde) sa vytvorí lokálna zóna nízkeho tlaku. Keď tlak kvapaliny klesne pod tlak nasýtených pár, rozpustené plyny v kvapaline sa budú vyzrážať a vytvárať bubliny, čo je počiatočná fáza kavitácie.

Typický scenár: Pri vysokom tlakovom rozdiele alebo podmienkach vysokorýchlostného prúdenia vody sa rýchlosť prúdenia na okraji motýľovej dosky prudko zvyšuje. Podľa Bernoulliho princípu zvýšenie rýchlosti prúdenia vedie k poklesu tlaku, čím sa ešte viac prehlbuje vznik nízkotlakových oblastí a vytvárajú sa podmienky pre kavitáciu.

2. Vplyv turbulencie tekutín a kolaps bublín

Keď kvapalina prenáša bubliny do vysokotlakovej zóny (ako sú potrubia po prúdeklapky), bubliny sa rýchlo zrútia a vytvoria mikrotrysky, ktoré dopadnú na kovový povrch. Frekvencia tohto nárazu je extrémne vysoká (až desaťtisíckrát za sekundu), čo spôsobuje postupné jamkovanie a odlupovanie na kovovom povrchu, čo v konečnom dôsledku poškodzuje tesniaci povrch.

Podpora údajov: Experimenty ukázali, že sila nárazu generovaná kolapsom bublín môže dosiahnuť niekoľko stoviek megapascalov, čo ďaleko presahuje únavovú pevnosť bežných kovových materiálov a je hlavným mechanizmom poškodenia kavitáciou.

3. Regulačné charakteristiky škrtiacich klapiek zvyšujú riziko kavitácie

Na reguláciu prietoku sa bežne používajú klapky, ale keď je otvor malý (<15 °~20 °), tekutina prechádza úzkou medzerou medzi klapkou a sedlom ventilu, čo spôsobuje prudké zvýšenie rýchlosti prúdenia, ďalšie zníženie tlaku a výrazne zvyšuje riziko kavitácie.

Technický prípad: Ak je vo vstupnom ventile alebo systéme čistenia odpadových vôd vodnej elektrárne škrtiaca klapka v stave nastavenia malého otvoru po dlhú dobu, za ventilovou doskou sa rýchlo objavia kavitačné jamy, ktoré spôsobia zlyhanie tesnenia a vyžadujú častú výmenu ventilovej dosky alebo tesniaceho krúžku.

4. Vplyv charakteristík média a prevádzkových podmienok

Médium obsahujúce častice: Ak kvapalina obsahuje tvrdé častice, ako sú sediment a oxidy kovov, mikroprúd generovaný kavitáciou unesie častice tak, aby dopadli na tesniaci povrch, čím sa vytvorí poškodenie kompozitu "erózna kavitácia" a urýchli sa porucha.

Vysoká teplota alebo korozívne médiá: Vysoká teplota môže znížiť povrchové napätie kvapalín a podporiť tvorbu bublín; Korozívne médiá môžu oslabiť antikavitačnú schopnosť kovových materiálov a dvojitý efekt zhoršuje zlyhanie škrtiacich ventilov.

5. Obmedzenia typov a konštrukcií škrtiacich klapiek

Jednoduchá excentrická/stredová škrtiaca klapka: Je potrebné zvážiť smer prúdenia vody (doska ventilu predpätá po prúde). Opačná inštalácia poškodí stabilitu prietokového poľa a zvýši riziko kavitácie.

Vertikálna inštalácia potrubia: Vlastná hmotnosť ventilovej dosky môže spôsobiť nerovnomerné namáhanie tesniaceho povrchu, čo má za následok lokálne zníženie tlaku a vyvolanie kavitácie.

Mäkko utesnený škrtiaci ventil: Gumové tesniace krúžky sú náchylné na odlupovanie a poškodenie pri kavitácii, zatiaľ čo sú tvrdo utesnenéklapky, hoci sú odolné voči erózii, majú vyššie náklady a obmedzené použitie.