Pourquoi la vanne papillon est-elle sujette à la cavitation ?

La susceptibilité devannes papillonà la cavitation est étroitement liée à leurs caractéristiques structurelles, à leurs caractéristiques dynamiques des fluides et à leurs conditions de fonctionnement. Les raisons spécifiques sont les suivantes :

1. La structure de la vanne papillon conduit à la formation de zones locales de basse pression

Les composants d'ouverture et de fermeture des vannes papillon sont des plaques papillon en forme de disque. Lors de la rotation pour ouvrir, le liquide doit s'écouler autour du bord de la plaque papillon. Une zone dépressionnaire locale se formera derrière la plaque papillon (côté aval). Lorsque la pression du fluide descend en dessous de la pression de vapeur saturée, les gaz dissous dans le liquide précipitent et forment des bulles, ce qui constitue l'étape initiale de la cavitation.

Scénario typique : dans des conditions de différence de pression élevée ou d'écoulement d'eau à grande vitesse, la vitesse d'écoulement au bord de la plaque papillon augmente fortement. Selon le principe de Bernoulli, l'augmentation de la vitesse d'écoulement entraîne une diminution de la pression, ce qui exacerbe encore la formation de zones de basse pression et crée des conditions propices à la cavitation.

2. Impact de la turbulence des fluides et de l'effondrement des bulles

Lorsque le fluide transporte des bulles dans la zone haute pression (comme les canalisations en aval devannes papillon), les bulles vont rapidement s'effondrer, produisant des micro-jets qui impactent la surface métallique. La fréquence de cet impact est extrêmement élevée (jusqu'à des dizaines de milliers de fois par seconde), provoquant des piqûres et un pelage progressifs sur la surface métallique, endommageant finalement la surface d'étanchéité.

Support des données : des expériences ont montré que la force d'impact générée par l'effondrement des bulles peut atteindre plusieurs centaines de mégapascals, dépassant de loin la résistance à la fatigue des matériaux métalliques ordinaires, et constitue le mécanisme central des dommages par cavitation.

3. Les caractéristiques de régulation des vannes papillon exacerbent le risque de cavitation

Les vannes papillon sont couramment utilisées pour la régulation du débit, mais lorsque l'ouverture est petite (<15 °~20 °), le fluide passe à travers l'espace étroit entre la plaque papillon et le siège de la vanne, provoquant une forte augmentation de la vitesse d'écoulement, réduisant encore la pression et augmentant considérablement le risque de cavitation.

Cas d'ingénierie : dans la vanne d'entrée ou le système de traitement des eaux usées d'une centrale hydroélectrique, si la vanne papillon est dans un état de réglage d'ouverture faible pendant une longue période, des fosses de cavitation apparaîtront rapidement derrière la plaque de vanne, provoquant une défaillance de l'étanchéité et nécessitant un remplacement fréquent de la plaque de vanne ou de la bague d'étanchéité.

4. Influence des caractéristiques du fluide et des conditions de fonctionnement

Milieu contenant des particules : Si le fluide contient des particules dures telles que des sédiments et des oxydes métalliques, le micro-jet généré par la cavitation transportera les particules jusqu'à impacter la surface d'étanchéité, formant un dommage composite « cavitation par érosion » et accélérant la défaillance.

Milieux à haute température ou corrosifs : Une température élevée peut réduire la tension superficielle des liquides et favoriser la formation de bulles ; Les milieux corrosifs peuvent affaiblir la capacité anti-cavitation des matériaux métalliques, et ce double effet exacerbe la défaillance des vannes papillon.

5. Limites des types et conceptions de vannes papillon

Vanne papillon simple excentrique/centrale : Il faut tenir compte du sens d'écoulement de l'eau (plaque de vanne orientée vers l'aval). Une installation inversée endommagera la stabilité du champ d'écoulement et augmentera le risque de cavitation.

Installation de canalisation verticale : Le poids propre de la plaque de vanne peut provoquer une contrainte inégale sur la surface d'étanchéité, entraînant une réduction de pression locale et induisant une cavitation.

Vanne papillon à étanchéité souple : les bagues d'étanchéité en caoutchouc sont sujettes au pelage et aux dommages sous l'impact de cavitation, tout en étant hermétiquement fermées.vannes papillon, bien que résistants à l'érosion, ont des coûts plus élevés et des applications limitées.