Por que a válvula borboleta é propensa à cavitação?

A suscetibilidade deválvulas borboletaà cavitação está intimamente relacionada às suas características estruturais, características da dinâmica dos fluidos e condições operacionais. As razões específicas são as seguintes:

1. A estrutura da válvula borboleta leva à formação de áreas locais de baixa pressão

Os componentes de abertura e fechamento das válvulas borboleta são placas borboleta em forma de disco. Ao girar para abrir, o fluido precisa fluir ao redor da borda da placa borboleta. Uma zona local de baixa pressão se formará atrás da placa borboleta (lado a jusante). Quando a pressão do fluido cai abaixo da pressão de vapor saturado, os gases dissolvidos no líquido precipitam e formam bolhas, que é o estágio inicial da cavitação.

Cenário típico: Sob alta diferença de pressão ou condições de fluxo de água de alta velocidade, a velocidade do fluxo na borda da placa borboleta aumenta acentuadamente. Segundo o princípio de Bernoulli, o aumento da velocidade do fluxo leva à diminuição da pressão, agravando ainda mais a formação de áreas de baixa pressão e criando condições para cavitação.

2. Impacto da turbulência de fluidos e colapso de bolhas

Quando o fluido transporta bolhas para a zona de alta pressão (como tubulações a jusante deválvulas borboleta), as bolhas entrarão em colapso rapidamente, produzindo microjatos que impactam a superfície do metal. A frequência deste impacto é extremamente alta (até dezenas de milhares de vezes por segundo), causando corrosão e descascamento graduais na superfície do metal, danificando em última análise a superfície de vedação.

Suporte de dados: Experimentos mostraram que a força de impacto gerada pelo colapso da bolha pode atingir várias centenas de megapascais, excedendo em muito a resistência à fadiga dos materiais metálicos comuns, e é o mecanismo central dos danos por cavitação.

3. As características reguladoras das válvulas borboleta agravam o risco de cavitação

As válvulas borboleta são comumente usadas para regulação de fluxo, mas quando a abertura é pequena (<15 °~20 °), o fluido passa através do estreito espaço entre a placa borboleta e a sede da válvula, causando um aumento acentuado na velocidade do fluxo, reduzindo ainda mais a pressão e aumentando significativamente o risco de cavitação.

Caso de engenharia: Na válvula de entrada ou sistema de tratamento de esgoto de uma usina hidrelétrica, se a válvula borboleta estiver em um estado de ajuste de abertura pequeno por um longo período, poços de cavitação aparecerão rapidamente atrás da placa da válvula, causando falha de vedação e exigindo substituição frequente da placa da válvula ou anel de vedação.

4. Influência das características do meio e condições operacionais

Meio contendo partículas: Se o fluido contiver partículas duras, como sedimentos e óxidos metálicos, o microjato gerado pela cavitação levará as partículas para impactar a superfície de vedação, formando um dano composto de "cavitação por erosão" e acelerando a falha.

Meios corrosivos ou de alta temperatura: A alta temperatura pode reduzir a tensão superficial dos líquidos e promover a formação de bolhas; Os meios corrosivos podem enfraquecer a capacidade anti-cavitação dos materiais metálicos, e o efeito duplo agrava a falha das válvulas borboleta.

5. Limitações dos tipos e designs de válvulas borboleta

Válvula borboleta excêntrica/central simples: É necessário considerar a direção do fluxo de água (placa da válvula inclinada a jusante). A instalação reversa danificará a estabilidade do campo de fluxo e aumentará o risco de cavitação.

Instalação vertical da tubulação: O peso próprio da placa da válvula pode causar tensão irregular na superfície de vedação, resultando na redução da pressão local e induzindo cavitação.

Válvula borboleta com vedação suave: Os anéis de vedação de borracha são propensos a descascar e danificar sob impacto de cavitação, enquanto são vedados com firmezaválvulas borboleta, embora resistentes à erosão, apresentam custos mais elevados e aplicações limitadas.