เหตุใดวาล์วผีเสื้อจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดโพรงอากาศ?

ความอ่อนไหวของวาล์วผีเสื้อการเกิดโพรงอากาศมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับลักษณะโครงสร้าง ลักษณะพลศาสตร์ของไหล และสภาพการทำงาน เหตุผลเฉพาะมีดังนี้:

1. โครงสร้างวาล์วปีกผีเสื้อทำให้เกิดบริเวณความกดอากาศต่ำในท้องถิ่น

ส่วนประกอบการเปิดและปิดของวาล์วปีกผีเสื้อเป็นแผ่นปีกผีเสื้อรูปดิสก์ เมื่อหมุนเพื่อเปิด ของไหลต้องไหลรอบๆ ขอบแผ่นปีกผีเสื้อ บริเวณความกดอากาศต่ำเฉพาะบริเวณจะก่อตัวด้านหลังแผ่นผีเสื้อ (ด้านท้ายน้ำ) เมื่อความดันของเหลวลดลงต่ำกว่าความดันไออิ่มตัว ก๊าซที่ละลายในของเหลวจะตกตะกอนและก่อตัวเป็นฟองอากาศ ซึ่งเป็นระยะเริ่มต้นของการเกิดโพรงอากาศ

สถานการณ์ทั่วไป: ภายใต้ความแตกต่างของแรงดันสูงหรือสภาวะการไหลของน้ำความเร็วสูง ความเร็วการไหลที่ขอบของแผ่นปีกผีเสื้อจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตามหลักการของเบอร์นูลลี การเพิ่มความเร็วการไหลจะทำให้ความดันลดลง ทำให้เกิดการก่อตัวของพื้นที่ความกดอากาศต่ำรุนแรงขึ้น และสร้างสภาวะสำหรับการเกิดโพรงอากาศ

2. ผลกระทบของความปั่นป่วนของของไหลและการยุบตัวของฟองสบู่

เมื่อของไหลพาฟองเข้าไปในบริเวณที่มีความกดอากาศสูง (เช่น ท่อส่งท้ายน้ำของวาล์วผีเสื้อ) ฟองอากาศจะยุบตัวอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดไอพ่นขนาดเล็กที่กระทบกับพื้นผิวโลหะ ความถี่ของการกระแทกนี้สูงมาก (มากถึงหลายหมื่นครั้งต่อวินาที) ทำให้เกิดการเป็นรูพรุนและหลุดลอกบนพื้นผิวโลหะอย่างค่อยเป็นค่อยไป ส่งผลให้พื้นผิวซีลเสียหายในที่สุด

การสนับสนุนข้อมูล: การทดลองแสดงให้เห็นว่าแรงกระแทกที่เกิดจากการยุบตัวของฟองสบู่สามารถสูงถึงหลายร้อยเมกะปาสคาล ซึ่งเกินกว่าความแข็งแรงเมื่อยล้าของวัสดุโลหะธรรมดา และเป็นกลไกหลักของความเสียหายของโพรงอากาศ

3. ลักษณะการควบคุมของวาล์วปีกผีเสื้อทำให้ความเสี่ยงต่อการเกิดโพรงอากาศรุนแรงขึ้น

วาล์วปีกผีเสื้อมักใช้สำหรับควบคุมการไหล แต่เมื่อช่องเปิดมีขนาดเล็ก (<15 °~20 °) ของไหลจะผ่านช่องว่างแคบระหว่างแผ่นปีกผีเสื้อและบ่าวาล์ว ทำให้ความเร็วการไหลเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ลดความดันลงอีก และเพิ่มความเสี่ยงของการเกิดโพรงอากาศอย่างมีนัยสำคัญ

กรณีทางวิศวกรรม: ในวาล์วทางเข้าหรือระบบบำบัดน้ำเสียของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ หากวาล์วปีกผีเสื้ออยู่ในสถานะปรับเปิดเล็กน้อยเป็นเวลานาน หลุมโพรงอากาศจะปรากฏขึ้นด้านหลังแผ่นวาล์วอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการปิดผนึกล้มเหลว และต้องเปลี่ยนแผ่นวาล์วหรือแหวนซีลบ่อยครั้ง

4. อิทธิพลของลักษณะปานกลางและสภาพการทำงาน

อนุภาคที่มีตัวกลาง: หากของเหลวมีอนุภาคแข็ง เช่น ตะกอนและโลหะออกไซด์ ไมโครเจ็ทที่เกิดจากการเกิดโพรงอากาศจะส่งอนุภาคไปกระทบพื้นผิวการปิดผนึก ทำให้เกิดความเสียหายเชิงประกอบ "โพรงการกัดกร่อน" และเร่งความล้มเหลว

อุณหภูมิสูงหรือสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน: อุณหภูมิสูงสามารถลดแรงตึงผิวของของเหลวและส่งเสริมการก่อตัวของฟองอากาศ สารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอาจทำให้ความสามารถในการป้องกันการเกิดโพรงอากาศของวัสดุโลหะลดลง และผลกระทบแบบคู่จะทำให้วาล์วปีกผีเสื้อเสียหายรุนแรงขึ้น

5. ข้อจำกัดของประเภทและการออกแบบวาล์วปีกผีเสื้อ

วาล์วปีกผีเสื้อเยื้องศูนย์/วาล์วเดี่ยว: จำเป็นต้องพิจารณาทิศทางการไหลของน้ำ (แผ่นวาล์วเอนเอียงไปตามกระแสน้ำ) การติดตั้งแบบย้อนกลับจะทำลายเสถียรภาพของสนามการไหล และเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดโพรงอากาศ

การติดตั้งท่อแนวตั้ง: น้ำหนักของตัวเองของแผ่นวาล์วอาจทำให้เกิดความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอบนพื้นผิวซีล ส่งผลให้แรงดันในพื้นที่ลดลงและทำให้เกิดโพรงอากาศ

วาล์วผีเสื้อปิดผนึกแบบอ่อน: วงแหวนซีลยางมีแนวโน้มที่จะหลุดลอกและเสียหายภายใต้แรงกระแทกของโพรงอากาศ ในขณะที่ปิดผนึกอย่างแข็งวาล์วผีเสื้อแม้ว่าจะทนทานต่อการกัดเซาะ แต่ก็มีต้นทุนที่สูงกว่าและการใช้งานที่จำกัด