Mengapa katup kupu-kupu rentan terhadap kavitasi?

Kerentanan darikatup kupu-kuputerhadap kavitasi berkaitan erat dengan karakteristik strukturalnya, karakteristik dinamika fluida, dan kondisi operasinya. Alasan spesifiknya adalah sebagai berikut:

1. Struktur katup kupu-kupu mengarah pada pembentukan area lokal bertekanan rendah

Komponen pembuka dan penutup katup kupu-kupu adalah pelat kupu-kupu yang berbentuk cakram. Saat berputar untuk membuka, cairan perlu mengalir di sekitar tepi pelat kupu-kupu. Zona tekanan rendah lokal akan terbentuk di belakang lempeng kupu-kupu (sisi hilir). Ketika tekanan fluida turun di bawah tekanan uap jenuhnya, gas-gas terlarut dalam cairan akan mengendap dan membentuk gelembung-gelembung, yang merupakan tahap awal kavitasi.

Skenario umum: Dalam kondisi perbedaan tekanan tinggi atau aliran air berkecepatan tinggi, kecepatan aliran di tepi pelat kupu-kupu meningkat tajam. Menurut prinsip Bernoulli, peningkatan kecepatan aliran menyebabkan penurunan tekanan, semakin memperburuk pembentukan area bertekanan rendah dan menciptakan kondisi kavitasi.

2. Dampak turbulensi fluida dan keruntuhan gelembung

Ketika fluida membawa gelembung ke zona bertekanan tinggi (seperti pipa hilirkatup kupu-kupu), gelembung akan cepat pecah, menghasilkan pancaran mikro yang berdampak pada permukaan logam. Frekuensi dampak ini sangat tinggi (hingga puluhan ribu kali per detik), menyebabkan permukaan logam berlubang dan terkelupas secara bertahap, yang pada akhirnya merusak permukaan segel.

Dukungan data: Eksperimen menunjukkan bahwa gaya tumbukan yang ditimbulkan oleh keruntuhan gelembung dapat mencapai beberapa ratus megapascal, jauh melebihi kekuatan lelah bahan logam biasa, dan merupakan mekanisme inti kerusakan kavitasi.

3. Karakteristik pengatur katup kupu-kupu memperburuk risiko kavitasi

Katup kupu-kupu biasanya digunakan untuk pengaturan aliran, tetapi ketika bukaannya kecil (<15 °~20 °), fluida melewati celah sempit antara pelat kupu-kupu dan dudukan katup, menyebabkan peningkatan tajam dalam kecepatan aliran, semakin mengurangi tekanan, dan secara signifikan meningkatkan risiko kavitasi.

Kasus teknik: Dalam katup masuk atau sistem pengolahan limbah pembangkit listrik tenaga air, jika katup kupu-kupu berada dalam kondisi penyesuaian bukaan kecil untuk waktu yang lama, lubang kavitasi akan segera muncul di belakang pelat katup, menyebabkan kegagalan penyegelan dan memerlukan penggantian pelat katup atau cincin penyegel yang sering.

4. Pengaruh karakteristik lingkungan dan kondisi pengoperasian

Media yang mengandung partikel: Jika cairan mengandung partikel keras seperti sedimen dan oksida logam, pancaran mikro yang dihasilkan oleh kavitasi akan membawa partikel tersebut untuk berdampak pada permukaan penyegelan, membentuk kerusakan komposit "erosi kavitasi" dan mempercepat kegagalan.

Suhu tinggi atau media korosif: Suhu tinggi dapat mengurangi tegangan permukaan cairan dan mendorong pembentukan gelembung; Media korosif dapat melemahkan kemampuan anti kavitasi bahan logam, dan efek gandanya memperburuk kegagalan katup kupu-kupu.

5. Keterbatasan jenis dan desain katup kupu-kupu

Katup kupu-kupu eksentrik/tengah tunggal: Penting untuk mempertimbangkan arah aliran air (pelat katup bias ke hilir). Pemasangan terbalik akan merusak kestabilan medan aliran dan meningkatkan risiko kavitasi.

Pemasangan pipa vertikal: Berat pelat katup dapat menyebabkan tekanan yang tidak merata pada permukaan penyegelan, yang mengakibatkan penurunan tekanan lokal dan menyebabkan kavitasi.

Katup kupu-kupu bersegel lembut: Cincin penyegel karet rentan terkelupas dan rusak akibat dampak kavitasi, sementara disegel dengan keraskatup kupu-kupuMeskipun tahan terhadap erosi, biayanya lebih tinggi dan penerapannya terbatas.