מדוע שסתום הפרפר נוטה לקוויטציה?

הרגישות שלשסתומי פרפרל-cavitation קשור קשר הדוק למאפיינים המבניים שלהם, למאפייני דינמיקת הנוזלים ולתנאי ההפעלה שלהם. הסיבות הספציפיות הן כדלקמן:

1. מבנה שסתום הפרפר מוביל להיווצרות אזורים מקומיים בלחץ נמוך

מרכיבי הפתיחה והסגירה של שסתומי הפרפר הם לוחות פרפר בצורת דיסק. כאשר מסתובבים לפתיחה, הנוזל צריך לזרום סביב קצה צלחת הפרפר. אזור לחץ נמוך מקומי ייווצר מאחורי צלחת הפרפר (בצד במורד הזרם). כאשר לחץ הנוזל יורד מתחת ללחץ האדים הרווי, גזים מומסים בנוזל יתקעו ויצרו בועות, שזה השלב הראשוני של הקוויטציה.

תרחיש אופייני: בתנאי הפרש לחץ גבוה או זרימת מים במהירות גבוהה, מהירות הזרימה בקצה צלחת הפרפר עולה בחדות. על פי העיקרון של ברנולי, העלייה במהירות הזרימה מביאה לירידה בלחץ, מחמירה עוד יותר את היווצרותם של אזורי לחץ נמוך ויוצרים תנאים לקוויטציה.

2. השפעה של מערבולת נוזלים וקריסת בועות

כאשר הנוזל נושא בועות לאזור הלחץ הגבוה (כגון צינורות במורד הזרם שלשסתומי פרפר), הבועות יקרסו במהירות וייצרו סילוני מיקרו שמשפיעים על פני המתכת. התדירות של פגיעה זו היא גבוהה ביותר (עד עשרות אלפי פעמים בשנייה), מה שגורם לגילוחים וקילופים הדרגתיים על פני המתכת, ובסופו של דבר פוגעים במשטח האיטום.

תמיכה בנתונים: ניסויים הראו שכוח ההשפעה הנוצר על ידי קריסת בועות יכול להגיע לכמה מאות מגה-פסקאל, העולה בהרבה על חוזק העייפות של חומרי מתכת רגילים, והוא מנגנון הליבה של נזק לקוויטציה.

3. מאפייני הוויסות של שסתומי הפרפר מחמירים את הסיכון לקוויטציה

שסתומי פרפר משמשים בדרך כלל לוויסות זרימה, אך כאשר הפתח קטן (<15°~20°), הנוזל עובר דרך הרווח הצר בין צלחת הפרפר למושב השסתום, מה שגורם לעלייה חדה במהירות הזרימה, להפחתת לחץ נוסף ולהגברת הסיכון לקוויטציה משמעותית.

מקרה הנדסי: בשסתום הכניסה או במערכת טיפול בשפכים של תחנת כוח הידרו, אם שסתום הפרפר נמצא במצב התאמת פתיחה קטנה במשך זמן רב, יופיעו במהירות בורות קוויטציה מאחורי לוחית השסתום, מה שיגרום לכשל באיטום ודורש החלפה תכופה של לוח השסתום או טבעת האיטום.

4. השפעת מאפיינים בינוניים ותנאי הפעלה

תווך המכיל חלקיקים: אם הנוזל מכיל חלקיקים קשים כגון משקעים ותחמוצות מתכת, סילון המיקרו הנוצר על ידי קוויטציה ישא את החלקיקים כדי לפגוע במשטח האיטום, ויוצר נזק מרוכב של "שחיקה" ויאיץ את הכשל.

טמפרטורה גבוהה או חומר מאכל: טמפרטורה גבוהה יכולה להפחית את מתח הפנים של נוזלים ולקדם היווצרות של בועות; מדיה קורוזיבית עלולה להחליש את יכולת האנטי-קוויטציה של חומרי מתכת, והאפקט הכפול מחמיר את הכישלון של שסתומי הפרפר.

5. מגבלות של סוגי ועיצובים של שסתומי פרפר

שסתום פרפר אקסצנטרי/מרכזי יחיד: יש צורך לשקול את כיוון זרימת המים (לוחית השסתום מוטה במורד הזרם). התקנה הפוכה תפגע ביציבות שדה הזרימה ותגביר את הסיכון לקוויטציה.

התקנת צנרת אנכית: המשקל העצמי של לוחית השסתום עלול לגרום ללחץ לא אחיד על משטח האיטום, וכתוצאה מכך להפחתת הלחץ המקומי ולגרימת קוויטציה.

שסתום פרפר אטום רך: טבעות איטום גומי נוטות להתקלף ולנזק תחת פגיעת קוויטציה, בעודן אטומות קשותשסתומי פרפר, למרות שהוא עמיד בפני שחיקה, יש עלויות גבוהות יותר ויישומים מוגבלים.