Zakaj je loputa nagnjena k kavitaciji?

Dovzetnost zaloputeKavitacija je tesno povezana z njihovimi strukturnimi značilnostmi, značilnostmi dinamike tekočin in pogoji delovanja. Posebni razlogi so naslednji:

1. Struktura dušilne lopute povzroči nastanek lokalnih območij nizkega tlaka

Odpiralne in zapiralne komponente lopute so metuljaste plošče v obliki diska. Ko se vrti, da se odpre, mora tekočina teči okoli roba plošče metulja. Za ploščo metulja (spodvodna stran) se bo oblikovalo območje lokalnega nizkega tlaka. Ko tlak tekočine pade pod tlak nasičene pare, se raztopljeni plini v tekočini izločijo in tvorijo mehurčke, kar je začetna stopnja kavitacije.

Tipičen scenarij: Pri visoki tlačni razliki ali pogojih visoke hitrosti vodnega toka se hitrost toka na robu metuljaste plošče močno poveča. Po Bernoullijevem principu povečanje hitrosti pretoka povzroči zmanjšanje tlaka, kar še poslabša nastanek območij nizkega tlaka in ustvari pogoje za kavitacijo.

2. Vpliv turbulence tekočine in sesedanje mehurčkov

Ko tekočina prenaša mehurčke v območje visokega tlaka (kot so nadaljnji cevovodilopute), se bodo mehurčki hitro sesedli, kar bo povzročilo mikro curke, ki bodo udarili v kovinsko površino. Pogostost tega udarca je izjemno visoka (do desettisočkrat na sekundo), kar povzroča postopno luknjanje in luščenje na kovinski površini, kar na koncu poškoduje tesnilno površino.

Podpora s podatki: Eksperimenti so pokazali, da lahko udarna sila, ki nastane zaradi sesedanja mehurčkov, doseže nekaj sto megapaskalov, kar močno presega odpornost proti utrujenosti običajnih kovinskih materialov, in je glavni mehanizem kavitacijske poškodbe.

3. Regulacijske lastnosti dušilnih loput povečujejo tveganje kavitacije

Za regulacijo pretoka se običajno uporabljajo lopute, toda ko je odprtina majhna (<15 °~20 °), tekočina prehaja skozi ozko režo med loputo in sedežem ventila, kar povzroči močno povečanje hitrosti pretoka, nadaljnje zmanjšanje tlaka in znatno povečanje tveganja kavitacije.

Inženirski primer: če je metuljasta loputa v dovodnem ventilu ali sistemu za čiščenje odplak v hidroelektrarni dlje časa v stanju nastavitve majhne odprtine, se bodo za ploščo ventila hitro pojavile kavitacijske jamice, kar bo povzročilo okvaro tesnjenja in zahtevalo pogosto menjavo plošče ventila ali tesnilnega obroča.

4. Vpliv lastnosti medija in pogojev delovanja

Medij, ki vsebuje delce: Če tekočina vsebuje trde delce, kot so usedline in kovinski oksidi, bo mikro curek, ki nastane zaradi kavitacije, odnesel delce, da bodo udarili na tesnilno površino, kar bo povzročilo sestavljeno poškodbo zaradi "erozije kavitacije" in pospešilo odpoved.

Visoka temperatura ali jedki mediji: Visoka temperatura lahko zmanjša površinsko napetost tekočin in spodbuja nastajanje mehurčkov; Korozivni mediji lahko oslabijo protikavitacijsko sposobnost kovinskih materialov, dvojni učinek pa poslabša okvaro loput.

5. Omejitve vrst in izvedb dušilnih loput

Enojni ekscentrični/sredinski loputni ventil: Upoštevati je treba smer pretoka vode (plošča ventila je nagnjena navzdol). Vzvratna namestitev bo poškodovala stabilnost pretočnega polja in povečala tveganje kavitacije.

Navpična namestitev cevovoda: lastna teža ventilske plošče lahko povzroči neenakomerno obremenitev na tesnilni površini, kar povzroči lokalno zmanjšanje tlaka in povzroči kavitacijo.

Mehko zatesnjena metuljna loputa: gumijasti tesnilni obroči so nagnjeni k luščenju in poškodbam pod vplivom kavitacije, medtem ko so trdo zatesnjenilopute, čeprav so odporni proti eroziji, imajo višje stroške in omejeno uporabo.