Perché la valvola a farfalla è soggetta a cavitazione?

La suscettibilità divalvole a farfallaalla cavitazione è strettamente correlata alle loro caratteristiche strutturali, alle caratteristiche fluidodinamiche e alle condizioni operative. I motivi specifici sono i seguenti:

1. La struttura della valvola a farfalla porta alla formazione di zone locali di bassa pressione

I componenti di apertura e chiusura delle valvole a farfalla sono piastre a farfalla a forma di disco. Durante la rotazione per l'apertura, il fluido deve fluire attorno al bordo della piastra a farfalla. Dietro la piastra a farfalla (lato a valle) si formerà una zona locale di bassa pressione. Quando la pressione del fluido scende al di sotto della pressione del vapore saturo, i gas disciolti nel liquido precipiteranno e formeranno bolle, che è la fase iniziale della cavitazione.

Scenario tipico: in condizioni di elevata differenza di pressione o di flusso d'acqua ad alta velocità, la velocità del flusso sul bordo della piastra a farfalla aumenta notevolmente. Secondo il principio di Bernoulli, l'aumento della velocità del flusso porta ad una diminuzione della pressione, aggravando ulteriormente la formazione di zone di bassa pressione e creando le condizioni per la cavitazione.

2. Impatto della turbolenza dei fluidi e del collasso delle bolle

Quando il fluido trasporta bolle nella zona ad alta pressione (come le tubazioni a valle divalvole a farfalla), le bolle collasseranno rapidamente, producendo micro getti che impattano la superficie metallica. La frequenza di questo impatto è estremamente elevata (fino a decine di migliaia di volte al secondo), causando vaiolature e distacchi graduali sulla superficie metallica, danneggiando infine la superficie di tenuta.

Supporto dati: gli esperimenti hanno dimostrato che la forza d'impatto generata dal collasso delle bolle può raggiungere diverse centinaia di megapascal, superando di gran lunga la resistenza alla fatica dei normali materiali metallici, ed è il meccanismo principale del danno da cavitazione.

3. Le caratteristiche di regolazione delle valvole a farfalla aumentano il rischio di cavitazione

Le valvole a farfalla sono comunemente utilizzate per la regolazione del flusso, ma quando l'apertura è piccola (<15 °~20 °), il fluido passa attraverso lo stretto spazio tra la piastra della farfalla e la sede della valvola, provocando un forte aumento della velocità del flusso, riducendo ulteriormente la pressione e aumentando significativamente il rischio di cavitazione.

Caso ingegneristico: nella valvola di ingresso o nel sistema di trattamento delle acque reflue di una centrale idroelettrica, se la valvola a farfalla rimane in uno stato di regolazione di piccola apertura per un lungo periodo, compaiono rapidamente pozzi di cavitazione dietro la piastra della valvola, causando guasti alla tenuta e richiedendo frequenti sostituzioni della piastra della valvola o dell'anello di tenuta.

4. Influenza delle caratteristiche del mezzo e delle condizioni operative

Mezzo contenente particelle: se il fluido contiene particelle dure come sedimenti e ossidi metallici, il micro getto generato dalla cavitazione porterà le particelle a colpire la superficie di tenuta, formando un danno composito di "cavitazione da erosione" e accelerando il guasto.

Alta temperatura o mezzi corrosivi: l'alta temperatura può ridurre la tensione superficiale dei liquidi e favorire la formazione di bolle; I mezzi corrosivi possono indebolire la capacità anticavitazione dei materiali metallici e il duplice effetto aggrava il guasto delle valvole a farfalla.

5. Limitazioni dei tipi e dei design delle valvole a farfalla

Valvola a farfalla singola eccentrica/centrale: è necessario considerare la direzione del flusso d'acqua (piastra della valvola inclinata a valle). L'installazione inversa danneggerà la stabilità del campo di flusso e aumenterà il rischio di cavitazione.

Installazione verticale della tubazione: il peso proprio della piastra della valvola può causare sollecitazioni irregolari sulla superficie di tenuta, con conseguente riduzione della pressione locale e induzione di cavitazione.

Valvola a farfalla con tenuta morbida: gli anelli di tenuta in gomma tendono a staccarsi e a danneggiarsi sotto l'impatto della cavitazione, mentre sono sigillati saldamentevalvole a farfalla, pur essendo resistenti all'erosione, hanno costi più elevati e applicazioni limitate.