Proč je škrticí klapka náchylná ke kavitaci?

Náchylnost kklapkys kavitací úzce souvisí s jejich strukturálními charakteristikami, charakteristikami dynamiky tekutin a provozními podmínkami. Konkrétní důvody jsou následující:

1. Konstrukce škrticí klapky vede k vytvoření lokálních nízkotlakých oblastí

Otevírací a uzavírací součást klapek jsou kotoučové klapky. Při otáčení k otevření musí tekutina proudit kolem okraje motýlkové desky. Za motýlkovou deskou (na spodní straně) se vytvoří místní nízkotlaká zóna. Když tlak kapaliny klesne pod tlak nasycených par, rozpuštěné plyny v kapalině se vysrážejí a tvoří bubliny, což je počáteční fáze kavitace.

Typický scénář: Při vysokém tlakovém rozdílu nebo podmínkách vysokorychlostního proudění vody se rychlost proudění na okraji motýlkové desky prudce zvyšuje. Zvýšení rychlosti proudění vede podle Bernoulliho principu k poklesu tlaku, dále umocňuje vznik nízkotlakých oblastí a vytváří podmínky pro kavitaci.

2. Vliv turbulence tekutiny a kolaps bublin

Když tekutina přenáší bubliny do vysokotlaké zóny (jako jsou potrubí po proudu odklapky), bubliny se rychle zhroutí a vytvoří mikrotrysky, které dopadnou na kovový povrch. Frekvence tohoto nárazu je extrémně vysoká (až desítky tisíckrát za sekundu), což způsobuje postupné důlky a odlupování na kovovém povrchu, což nakonec poškodí těsnicí povrch.

Podpora dat: Experimenty ukázaly, že rázová síla generovaná kolapsem bubliny může dosáhnout několika stovek megapascalů, což daleko převyšuje únavovou pevnost běžných kovových materiálů, a je hlavním mechanismem kavitačního poškození.

3. Regulační charakteristiky škrticích klapek zvyšují riziko kavitace

K regulaci průtoku se běžně používají klapky, ale když je otvor malý (<15 °~20 °), tekutina prochází úzkou mezerou mezi klapkou a sedlem ventilu, což způsobuje prudké zvýšení rychlosti proudění, další snížení tlaku a výrazně zvyšuje riziko kavitace.

Technický případ: Ve vstupním ventilu nebo systému čištění odpadních vod vodní elektrárny, pokud je škrticí klapka ve stavu nastavení malého otevření po dlouhou dobu, za ventilovou deskou se rychle objeví kavitační jámy, které způsobí selhání těsnění a vyžadují častou výměnu ventilové desky nebo těsnicího kroužku.

4. Vliv charakteristik média a provozních podmínek

Médium obsahující částice: Pokud tekutina obsahuje tvrdé částice, jako jsou sedimenty a oxidy kovů, mikroproud generovaný kavitací unese částice tak, aby dopadly na těsnicí povrch, čímž dojde k poškození kompozitu „erozní kavitací“ a urychlí selhání.

Vysoká teplota nebo korozivní média: Vysoká teplota může snížit povrchové napětí kapalin a podpořit tvorbu bublin; Korozivní média mohou oslabit antikavitační schopnost kovových materiálů a dvojí účinek zhoršuje selhání škrticích ventilů.

5. Omezení typů a provedení klapek

Jednoduchá excentrická/středová klapka: Je nutné vzít v úvahu směr proudění vody (deska ventilu předepjatá po proudu). Opačná instalace poškodí stabilitu proudového pole a zvýší riziko kavitace.

Vertikální instalace potrubí: Vlastní hmotnost ventilové desky může způsobit nerovnoměrné namáhání těsnící plochy, což má za následek místní snížení tlaku a vyvolání kavitace.

Měkce utěsněný škrticí ventil: Pryžové těsnicí kroužky jsou náchylné k odlupování a poškození při kavitačním nárazu, zatímco jsou pevně utěsněnyklapky, ačkoli jsou odolné vůči erozi, mají vyšší náklady a omezené možnosti použití.