لماذا صمام الفراشة عرضة للتجويف؟

القابلية للصمامات الفراشةيرتبط التجويف ارتباطًا وثيقًا بخصائصها الهيكلية وخصائص ديناميكيات الموائع وظروف التشغيل. الأسباب المحددة هي كما يلي:

1. يؤدي هيكل صمام الفراشة إلى تكوين مناطق الضغط المنخفض المحلية

مكونات الفتح والإغلاق لصمامات الفراشة عبارة عن ألواح فراشة على شكل قرص. عند التدوير للفتح، يجب أن يتدفق السائل حول حافة لوحة الفراشة. ستتشكل منطقة ضغط منخفض محلية خلف لوحة الفراشة (جانب المصب). عندما ينخفض ​​ضغط السائل إلى ما دون ضغط البخار المشبع، تترسب الغازات الذائبة في السائل وتشكل فقاعات، وهي المرحلة الأولى من التجويف.

السيناريو النموذجي: في ظل اختلاف الضغط العالي أو ظروف تدفق المياه عالية السرعة، تزداد سرعة التدفق عند حافة لوحة الفراشة بشكل حاد. وفقًا لمبدأ برنولي، تؤدي الزيادة في سرعة التدفق إلى انخفاض الضغط، مما يزيد من تفاقم تكوين مناطق الضغط المنخفض ويخلق الظروف الملائمة للتجويف.

2. تأثير اضطراب الموائع وانهيار الفقاعات

عندما يحمل السائل الفقاعات إلى منطقة الضغط العالي (مثل خطوط أنابيب المصب).صمامات الفراشة)، سوف تنهار الفقاعات بسرعة، مما ينتج عنه نفاثات صغيرة تؤثر على السطح المعدني. تردد هذا التأثير مرتفع للغاية (يصل إلى عشرات الآلاف من المرات في الثانية)، مما يتسبب في حفر وتقشير تدريجي على السطح المعدني، مما يؤدي في النهاية إلى إتلاف سطح الختم.

دعم البيانات: أظهرت التجارب أن قوة التأثير الناتجة عن انهيار الفقاعات يمكن أن تصل إلى عدة مئات من الميغاباسكال، وهو ما يتجاوز بكثير قوة الكلال للمواد المعدنية العادية، وهي الآلية الأساسية لتلف التجويف.

3. الخصائص التنظيمية لصمامات الفراشة تؤدي إلى تفاقم خطر التجويف

تُستخدم صمامات الفراشة بشكل شائع لتنظيم التدفق، ولكن عندما تكون الفتحة صغيرة (<15 درجة ~ 20 درجة)، يمر السائل عبر الفجوة الضيقة بين لوحة الفراشة ومقعد الصمام، مما يتسبب في زيادة حادة في سرعة التدفق، مما يقلل الضغط بشكل أكبر، ويزيد بشكل كبير من خطر التجويف.

الحالة الهندسية: في صمام المدخل أو نظام معالجة مياه الصرف الصحي لمحطة الطاقة الكهرومائية، إذا كان صمام الفراشة في حالة ضبط الفتح الصغيرة لفترة طويلة، فسوف تظهر حفر التجويف بسرعة خلف لوحة الصمام، مما يتسبب في فشل الختم ويتطلب استبدالًا متكررًا للوحة الصمام أو حلقة الختم.

4. تأثير خصائص الوسط وظروف التشغيل

جسيم يحتوي على وسط: إذا كان السائل يحتوي على جسيمات صلبة مثل الرواسب وأكاسيد المعادن، فإن النفاثة الدقيقة الناتجة عن التجويف سوف تحمل الجزيئات للتأثير على سطح الختم، وتشكيل تلف مركب "التجويف التآكل" وتسريع الفشل.

ارتفاع درجة الحرارة أو الوسائط المسببة للتآكل: يمكن أن تقلل درجة الحرارة المرتفعة من التوتر السطحي للسوائل وتعزز تكوين الفقاعات. يمكن للوسائط المسببة للتآكل أن تضعف القدرة المضادة للتجويف للمواد المعدنية، ويؤدي التأثير المزدوج إلى تفاقم فشل صمامات الفراشة.

5. القيود المفروضة على أنواع وتصميمات صمامات الفراشة

صمام فراشة مركزي/لامركزي فردي: من الضروري مراعاة اتجاه تدفق المياه (لوحة الصمام منحازة باتجاه مجرى النهر). سيؤدي التثبيت العكسي إلى الإضرار باستقرار مجال التدفق وزيادة خطر التجويف.

تركيب خط الأنابيب العمودي: الوزن الذاتي للوحة الصمام قد يسبب ضغطًا غير متساوٍ على سطح الختم، مما يؤدي إلى تقليل الضغط المحلي وتحفيز التجويف.

صمام فراشة مختوم وناعم: حلقات الختم المطاطية عرضة للتقشير والتلف تحت تأثير التجويف، بينما تكون محكمة الغلقصمامات الفراشةوعلى الرغم من مقاومتها للتآكل، إلا أن تكاليفها أعلى وتطبيقاتها محدودة.