Почему дроссельная заслонка склонна к кавитации?

Восприимчивостьдисковые затворыКавитация тесно связана с их структурными характеристиками, гидродинамическими характеристиками и условиями эксплуатации. Конкретные причины заключаются в следующем:

1. Конструкция дроссельной заслонки приводит к образованию локальных зон низкого давления.

Открывающиеся и закрывающие элементы поворотных затворов представляют собой дисковые заслонки. При повороте для открытия жидкость должна обтекать край поворотной заслонки. За пластиной-бабочкой (сторона ниже по потоку) образуется локальная зона низкого давления. Когда давление жидкости падает ниже давления насыщенного пара, растворенные в жидкости газы выпадают в осадок и образуют пузырьки, что является начальной стадией кавитации.

Типичный сценарий: в условиях большой разницы давлений или высокоскоростного потока воды скорость потока на краю дроссельной заслонки резко возрастает. Согласно принципу Бернулли, увеличение скорости потока приводит к уменьшению давления, что еще больше усугубляет образование областей низкого давления и создает условия для кавитации.

2. Влияние турбулентности жидкости и коллапса пузырьков.

Когда жидкость переносит пузырьки в зону высокого давления (например, в нижестоящие трубопроводыдисковые затворы), пузырьки быстро схлопываются, образуя микроструи, которые ударяются о поверхность металла. Частота этого воздействия чрезвычайно высока (до десятков тысяч раз в секунду), вызывая постепенное образование язв и отслоений на металлической поверхности, в конечном итоге повреждая уплотнительную поверхность.

Подтверждение данных: Эксперименты показали, что сила удара, создаваемая коллапсом пузырька, может достигать нескольких сотен мегапаскалей, что намного превышает усталостную прочность обычных металлических материалов, и является основным механизмом кавитационного повреждения.

3. Регулирующие характеристики дроссельных заслонок усугубляют риск кавитации.

Дроссельные затворы обычно используются для регулирования расхода, но когда отверстие маленькое (<15 ° ~ 20 °), жидкость проходит через узкий зазор между дроссельной заслонкой и седлом клапана, вызывая резкое увеличение скорости потока, дальнейшее снижение давления и значительно увеличивая риск кавитации.

Технический случай: во впускном клапане или системе очистки сточных вод гидроэлектростанции, если дроссельная заслонка в течение длительного времени находится в состоянии регулировки небольшого открытия, за тарелкой клапана быстро появляются кавитационные ямы, что приводит к нарушению герметичности и требует частой замены тарелки клапана или уплотнительного кольца.

4. Влияние характеристик среды и условий эксплуатации.

Среда, содержащая частицы: если жидкость содержит твердые частицы, такие как осадок и оксиды металлов, микроструя, создаваемая кавитацией, будет переносить частицы на уплотнительную поверхность, образуя комплексное «эрозионно-кавитационное» повреждение и ускоряя выход из строя.

Высокая температура или агрессивные среды. Высокая температура может снизить поверхностное натяжение жидкостей и способствовать образованию пузырьков; Коррозионные среды могут ослабить антикавитационные свойства металлических материалов, а двойной эффект усугубляет выход из строя дроссельных заслонок.

5. Ограничения типов и конструкций дроссельных заслонок.

Одинарный эксцентриковый/центральный дроссельный клапан: необходимо учитывать направление потока воды (клапанная пластина смещена вниз по потоку). Обратная установка нарушит стабильность поля потока и увеличит риск кавитации.

Установка на вертикальном трубопроводе: Собственный вес тарелки клапана может вызвать неравномерное напряжение на уплотнительной поверхности, что приведет к локальному снижению давления и возникновению кавитации.

Поворотный клапан с мягким уплотнением: резиновые уплотнительные кольца склонны к отслаиванию и повреждению под кавитационным воздействием, тогда как уплотнения с жестким уплотнениемдисковые затворы, хотя и устойчивы к эрозии, имеют более высокую стоимость и ограниченное применение.