Warum ist eine Absperrklappe anfällig für Kavitation?

Die Anfälligkeit vonAbsperrklappenzur Kavitation steht in engem Zusammenhang mit ihren strukturellen Eigenschaften, den Eigenschaften der Strömungsdynamik und den Betriebsbedingungen. Die konkreten Gründe sind wie folgt:

1. Die Klappenstruktur führt zur Bildung lokaler Tiefdruckgebiete

Die öffnenden und schließenden Komponenten von Absperrklappen sind scheibenförmige Absperrklappen. Beim Drehen zum Öffnen muss Flüssigkeit um den Rand der Schmetterlingsplatte fließen. Hinter der Schmetterlingsplatte (stromabwärts) bildet sich eine lokale Tiefdruckzone. Wenn der Flüssigkeitsdruck unter den Sättigungsdampfdruck fällt, fallen in der Flüssigkeit gelöste Gase aus und bilden Blasen, was das Anfangsstadium der Kavitation darstellt.

Typisches Szenario: Unter Bedingungen hoher Druckdifferenz oder hoher Wasserströmungsgeschwindigkeit steigt die Strömungsgeschwindigkeit am Rand der Drosselklappe stark an. Nach dem Bernoulli-Prinzip führt die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zu einem Druckabfall, was die Bildung von Tiefdruckgebieten weiter verstärkt und Bedingungen für Kavitation schafft.

2. Auswirkungen von Flüssigkeitsturbulenzen und Blasenkollaps

Wenn die Flüssigkeit Blasen in die Hochdruckzone befördert (z. B. nachgeschaltete Rohrleitungen vonAbsperrklappen), kollabieren die Blasen schnell und erzeugen Mikrostrahlen, die auf die Metalloberfläche treffen. Die Häufigkeit dieses Aufpralls ist extrem hoch (bis zu Zehntausende Mal pro Sekunde), was zu allmählicher Lochfraßbildung und Ablösung auf der Metalloberfläche führt und letztendlich die Dichtungsoberfläche beschädigt.

Datenunterstützung: Experimente haben gezeigt, dass die durch den Blasenkollaps erzeugte Aufprallkraft mehrere hundert Megapascal erreichen kann, was die Ermüdungsfestigkeit gewöhnlicher Metallmaterialien bei weitem übersteigt und den Kernmechanismus von Kavitationsschäden darstellt.

3. Die Regeleigenschaften von Absperrklappen erhöhen die Gefahr von Kavitation

Absperrklappen werden üblicherweise zur Durchflussregulierung verwendet, aber wenn die Öffnung klein ist (<15 °~20 °), strömt die Flüssigkeit durch den schmalen Spalt zwischen der Absperrklappe und dem Ventilsitz, was zu einem starken Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit führt, den Druck weiter reduziert und das Kavitationsrisiko deutlich erhöht.

Technischer Fall: Wenn sich die Absperrklappe im Einlassventil oder im Abwasseraufbereitungssystem eines Wasserkraftwerks über einen längeren Zeitraum in einem Zustand mit kleiner Öffnungseinstellung befindet, bilden sich hinter der Ventilplatte schnell Kavitationsgruben, die zu Dichtungsfehlern führen und einen häufigen Austausch der Ventilplatte oder des Dichtungsrings erfordern.

4. Einfluss von Medieneigenschaften und Betriebsbedingungen

Partikelhaltiges Medium: Wenn die Flüssigkeit harte Partikel wie Sedimente und Metalloxide enthält, werden die Partikel durch den durch Kavitation erzeugten Mikrostrahl befördert, so dass sie auf die Dichtungsoberfläche treffen, wodurch ein zusammengesetzter Schaden durch „Erosionskavitation“ entsteht und der Ausfall beschleunigt wird.

Hohe Temperaturen oder korrosive Medien: Hohe Temperaturen können die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten verringern und die Blasenbildung fördern; Korrosive Medien können die Anti-Kavitations-Fähigkeit von Metallwerkstoffen schwächen und der Doppeleffekt verschlimmert den Ausfall von Absperrklappen.

5. Einschränkungen der Arten und Designs von Absperrklappen

Einzelne exzentrische/zentrale Absperrklappe: Es ist notwendig, die Richtung des Wasserflusses zu berücksichtigen (Ventilplatte stromabwärts vorgespannt). Eine umgekehrte Installation beeinträchtigt die Stabilität des Strömungsfeldes und erhöht die Gefahr von Kavitation.

Vertikale Rohrleitungsinstallation: Das Eigengewicht der Ventilplatte kann zu einer ungleichmäßigen Belastung der Dichtfläche führen, was zu einem lokalen Druckabfall und der Entstehung von Kavitation führt.

Weich abgedichtete Absperrklappe: Gummidichtringe neigen bei harter Abdichtung zum Abblättern und zur Beschädigung durch KavitationseinwirkungAbsperrklappenObwohl sie beständig gegen Erosion sind, sind sie teurer und nur begrenzt einsetzbar.