چرا دریچه پروانه ای مستعد کاویتاسیون است؟

حساسیت ازدریچه های پروانه ایکاویتاسیون ارتباط نزدیکی با ویژگی های ساختاری، ویژگی های دینامیک سیالات و شرایط عملیاتی دارد. دلایل خاص به شرح زیر است:

1. ساختار شیر پروانه ای منجر به تشکیل مناطق کم فشار محلی می شود

اجزای باز و بسته کننده شیرهای پروانه ای صفحات پروانه ای دیسکی هستند. هنگام چرخش برای باز شدن، مایع باید در اطراف لبه صفحه پروانه جریان یابد. یک منطقه کم فشار محلی در پشت صفحه پروانه ای (سمت پایین دست) تشکیل می شود. هنگامی که فشار سیال به زیر فشار بخار اشباع می‌رسد، گازهای محلول در مایع رسوب کرده و حباب‌هایی را تشکیل می‌دهند که مرحله اولیه کاویتاسیون است.

سناریوی معمولی: تحت اختلاف فشار بالا یا شرایط جریان آب با سرعت بالا، سرعت جریان در لبه صفحه پروانه به شدت افزایش می‌یابد. طبق اصل برنولی، افزایش سرعت جریان منجر به کاهش فشار، تشدید بیشتر تشکیل مناطق کم فشار و ایجاد شرایط برای کاویتاسیون می شود.

2. تاثیر تلاطم سیال و فروپاشی حباب

هنگامی که سیال حباب هایی را به ناحیه فشار بالا حمل می کند (مانند خطوط لوله پایین دستدریچه های پروانه ایحباب ها به سرعت فرو می ریزند و جت های ریز تولید می کنند که بر سطح فلز ضربه می زند. فرکانس این ضربه بسیار زیاد است (تا ده ها هزار بار در ثانیه) که باعث ایجاد حفره و پوسته شدن تدریجی روی سطح فلز می شود و در نهایت به سطح آب بندی آسیب می رساند.

پشتیبانی از داده‌ها: آزمایش‌ها نشان داده‌اند که نیروی ضربه‌ای که در اثر فروپاشی حباب ایجاد می‌شود می‌تواند به چند صد مگا پاسکال برسد، که بسیار فراتر از استحکام خستگی مواد فلزی معمولی است و مکانیسم اصلی آسیب کاویتاسیون است.

3. ویژگی های تنظیم کننده دریچه های پروانه ای خطر ایجاد کاویتاسیون را تشدید می کند

دریچه‌های پروانه‌ای معمولاً برای تنظیم جریان استفاده می‌شوند، اما وقتی دهانه کوچک است (<15 °~20 °)، سیال از شکاف باریک بین صفحه پروانه‌ای و نشیمنگاه سوپاپ عبور می‌کند و باعث افزایش شدید سرعت جریان، کاهش بیشتر فشار و افزایش قابل‌توجهی خطر کاویتاسیون می‌شود.

مورد مهندسی: در شیر ورودی یا سیستم تصفیه فاضلاب یک نیروگاه برق آبی، اگر شیر پروانه ای برای مدت طولانی در حالت تنظیم بازشو کوچک باشد، حفره های کاویتاسیون به سرعت در پشت صفحه شیر ظاهر می شوند که باعث خرابی آب بندی و نیاز به تعویض مکرر صفحه شیر یا حلقه آب بندی می شود.

4. تأثیر ویژگی های متوسط ​​و شرایط عملیاتی

محیط حاوی ذرات: اگر سیال حاوی ذرات سخت مانند رسوب و اکسیدهای فلزی باشد، ریز جت تولید شده توسط کاویتاسیون، ذرات را برای ضربه زدن به سطح آب بندی حمل می کند و باعث ایجاد آسیب کامپوزیتی "کاویتاسیون فرسایشی" و تسریع شکست می شود.

دمای بالا یا رسانه های خورنده: دمای بالا می تواند کشش سطحی مایعات را کاهش دهد و باعث تشکیل حباب شود. رسانه های خورنده می توانند توانایی ضد کاویتاسیون مواد فلزی را تضعیف کنند و اثر دوگانه خرابی دریچه های پروانه ای را تشدید می کند.

5. محدودیت های انواع و طرح های شیر پروانه ای

شیر پروانه ای برون مرکزی/مرکزی: باید جهت جریان آب را در نظر گرفت (صفحه شیر بایاس پایین دست). نصب معکوس به پایداری میدان جریان آسیب می رساند و خطر کاویتاسیون را افزایش می دهد.

نصب خط لوله عمودی: وزن خود صفحه شیر ممکن است باعث ایجاد تنش ناهموار در سطح آب بندی شود و در نتیجه کاهش فشار موضعی و ایجاد حفره ایجاد شود.

شیر پروانه ای مهر و موم شده نرم: حلقه های آب بندی لاستیکی در اثر ضربه حفره ای مستعد پوسته شدن و آسیب هستند، در حالی که به سختی مهر و موم می شوند.دریچه های پروانه ایاگرچه در برابر فرسایش مقاوم هستند، اما هزینه های بالاتر و کاربرد محدودی دارند.