¿Por qué la válvula de mariposa es propensa a la cavitación?

La susceptibilidad deválvulas de mariposaLa cavitación está estrechamente relacionada con sus características estructurales, características de dinámica de fluidos y condiciones de operación. Las razones específicas son las siguientes:

1. La estructura de la válvula de mariposa conduce a la formación de áreas locales de baja presión.

Los componentes de apertura y cierre de las válvulas de mariposa son placas de mariposa en forma de disco. Al girar para abrir, el líquido debe fluir alrededor del borde de la placa de mariposa. Se formará una zona local de baja presión detrás de la placa de mariposa (lado aguas abajo). Cuando la presión del fluido cae por debajo de la presión del vapor saturado, los gases disueltos en el líquido precipitarán y formarán burbujas, que es la etapa inicial de la cavitación.

Escenario típico: bajo condiciones de alta diferencia de presión o flujo de agua de alta velocidad, la velocidad del flujo en el borde de la placa de mariposa aumenta bruscamente. Según el principio de Bernoulli, el aumento de la velocidad del flujo conduce a una disminución de la presión, lo que agrava aún más la formación de áreas de baja presión y crea las condiciones para la cavitación.

2. Impacto de la turbulencia de fluidos y el colapso de las burbujas.

Cuando el fluido transporta burbujas a la zona de alta presión (como las tuberías aguas abajo deválvulas de mariposa), las burbujas colapsarán rápidamente, produciendo microchorros que impactan en la superficie del metal. La frecuencia de este impacto es extremadamente alta (hasta decenas de miles de veces por segundo), lo que provoca picaduras y descamaciones graduales en la superficie del metal y, en última instancia, daña la superficie de sellado.

Respaldo de datos: los experimentos han demostrado que la fuerza de impacto generada por el colapso de una burbuja puede alcanzar varios cientos de megapascales, superando con creces la resistencia a la fatiga de los materiales metálicos ordinarios, y es el mecanismo central del daño por cavitación.

3. Las características reguladoras de las válvulas de mariposa exacerban el riesgo de cavitación.

Las válvulas de mariposa se usan comúnmente para regular el flujo, pero cuando la apertura es pequeña (<15 °~20 °), el fluido pasa a través del estrecho espacio entre la placa de mariposa y el asiento de la válvula, lo que provoca un fuerte aumento en la velocidad del flujo, lo que reduce aún más la presión y aumenta significativamente el riesgo de cavitación.

Caso de ingeniería: en la válvula de entrada o el sistema de tratamiento de aguas residuales de una central hidroeléctrica, si la válvula de mariposa está en un estado de ajuste de apertura pequeña durante mucho tiempo, aparecerán rápidamente hoyos de cavitación detrás de la placa de la válvula, lo que provocará fallas en el sellado y requerirá un reemplazo frecuente de la placa de la válvula o del anillo de sellado.

4. Influencia de las características del medio y las condiciones de funcionamiento.

Medio que contiene partículas: si el fluido contiene partículas duras como sedimentos y óxidos metálicos, el microchorro generado por la cavitación transportará las partículas para impactar la superficie de sellado, formando un daño compuesto de "cavitación por erosión" y acelerando la falla.

Alta temperatura o medios corrosivos: La alta temperatura puede reducir la tensión superficial de los líquidos y promover la formación de burbujas; Los medios corrosivos pueden debilitar la capacidad anticavitación de los materiales metálicos y el efecto dual exacerba la falla de las válvulas de mariposa.

5. Limitaciones de los tipos y diseños de válvulas de mariposa.

Válvula de mariposa simple excéntrica/central: Es necesario considerar la dirección del flujo de agua (placa de válvula polarizada aguas abajo). La instalación inversa dañará la estabilidad del campo de flujo y aumentará el riesgo de cavitación.

Instalación de tubería vertical: el peso propio de la placa de la válvula puede causar una tensión desigual en la superficie de sellado, lo que resulta en una reducción de la presión local e induce cavitación.

Válvula de mariposa sellada blanda: Los anillos de sellado de goma son propensos a pelarse y dañarse bajo el impacto de cavitación, mientras que los sellados durosválvulas de mariposa, aunque resistentes a la erosión, tienen costos más altos y aplicaciones limitadas.