Kelebek vana neden kavitasyona eğilimlidir?

Duyarlılığıkelebek vanalarKavitasyon ile yapısal özellikleri, akışkanlar dinamiği özellikleri ve çalışma koşulları ile yakından ilgilidir. Spesifik nedenler aşağıdaki gibidir:

1. Kelebek vana yapısı lokal alçak basınç alanlarının oluşmasına yol açar

Kelebek vanaların açma ve kapama elemanları disk şeklinde kelebek plakalardır. Açmak için dönerken, sıvının kelebek plakanın kenarından akması gerekir. Kelebek plakanın arkasında (mansap tarafı) yerel bir alçak basınç bölgesi oluşacaktır. Akışkan basıncı doymuş buhar basıncının altına düştüğünde, sıvıdaki çözünmüş gazlar çökelecek ve kabarcıklar oluşturacaktır; bu, kavitasyonun ilk aşamasıdır.

Tipik senaryo: Yüksek basınç farkı veya yüksek hızlı su akışı koşullarında, kelebek plakasının kenarındaki akış hızı keskin bir şekilde artar. Bernoulli ilkesine göre akış hızındaki artış, basınçta bir azalmaya neden olur, bu da düşük basınç alanlarının oluşumunu daha da şiddetlendirir ve kavitasyon için koşullar yaratır.

2. Akışkan türbülansının ve kabarcık çökmesinin etkisi

Sıvı, yüksek basınç bölgesine (aşağı akışlı boru hatları gibi) kabarcıklar taşıdığındakelebek vanalar), kabarcıklar hızla çökecek ve metal yüzeye çarpan mikro jetler üretecektir. Bu darbenin frekansı son derece yüksektir (saniyede onbinlerce defaya kadar), metal yüzeyde kademeli olarak çukurlaşmaya ve soyulmaya neden olur ve sonuçta sızdırmazlık yüzeyine zarar verir.

Veri desteği: Deneyler, kabarcık çökmesi sonucu oluşan darbe kuvvetinin birkaç yüz megapaskal'a ulaşabildiğini, bu miktarın sıradan metal malzemelerin yorulma mukavemetini çok aştığını ve kavitasyon hasarının temel mekanizması olduğunu göstermiştir.

3. Kelebek vanaların düzenleyici özellikleri kavitasyon riskini artırır

Kelebek vanalar genellikle akış regülasyonu için kullanılır, ancak açıklık küçük olduğunda (<15 °~20 °), akışkan, kelebek plakası ile vana yuvası arasındaki dar boşluktan geçerek akış hızında keskin bir artışa neden olur, basıncı daha da azaltır ve kavitasyon riskini önemli ölçüde artırır.

Mühendislik durumu: Bir hidroelektrik santralinin giriş vanası veya kanalizasyon arıtma sisteminde, kelebek vana uzun süre küçük açılma ayarı durumunda kalırsa, vana plakasının arkasında hızla kavitasyon çukurları belirecek ve bu da sızdırmazlık arızasına neden olacak ve vana plakasının veya sızdırmazlık halkasının sık sık değiştirilmesini gerektirecektir.

4. Ortam özelliklerinin ve çalışma koşullarının etkisi

Parçacık içeren ortam: Sıvı, tortu ve metal oksitler gibi sert parçacıklar içeriyorsa, kavitasyon tarafından oluşturulan mikro jet, parçacıkları sızdırmazlık yüzeyine çarpacak şekilde taşıyacak ve "erozyon kavitasyonu" kompozit hasarı oluşturacak ve arızayı hızlandıracaktır.

Yüksek sıcaklık veya aşındırıcı ortam: Yüksek sıcaklık, sıvıların yüzey gerilimini azaltabilir ve kabarcık oluşumunu teşvik edebilir; Aşındırıcı ortam, metal malzemelerin kavitasyon önleyici özelliğini zayıflatabilir ve ikili etki, kelebek vanaların arızasını daha da kötüleştirir.

5. Kelebek vana tiplerinin ve tasarımlarının sınırlamaları

Tek eksantrik/merkez kelebek vana: Su akış yönünün dikkate alınması gerekir (valf plakası aşağı yönde eğimli). Ters kurulum, akış alanının stabilitesine zarar verecek ve kavitasyon riskini artıracaktır.

Dikey boru hattı kurulumu: Valf plakasının kendi ağırlığı, sızdırmazlık yüzeyinde eşit olmayan bir gerilime neden olabilir, bu da yerel basınç düşüşüne ve kavitasyona neden olabilir.

Yumuşak contalı kelebek vana: Kauçuk conta halkaları, sert contalı olmasına rağmen kavitasyon etkisi altında soyulmaya ve hasar görmeye eğilimlidirkelebek vanalarErozyona dayanıklı olmalarına rağmen maliyetleri daha yüksek ve uygulamaları sınırlıdır.