ในการควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม การปรากฏตัวของโพรงอากาศมักถูกหักหลังด้วยเสียงแตกที่ชัดเจนซึ่งชวนให้นึกถึงกรวดที่ไหลผ่านท่อ ร่วมกับการสั่นสะเทือนที่รุนแรง ปรากฏการณ์นี้เป็นมากกว่าความรำคาญทางเสียง มันเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของความเสียหายร้ายแรงของขอบวาล์ว ความล้มเหลวของซีล และความล้าของท่อ เพื่อให้มั่นใจถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานและความน่าเชื่อถือของระบบควบคุม ผู้ปฏิบัติงานจะต้องเข้าใจสาเหตุทางอุทกพลศาสตร์ของการเกิดโพรงอากาศ และใช้มาตรการรับมือทางวิศวกรรมที่แข็งแกร่ง
ฟิสิกส์ของคาวิเทชั่น
โดยพื้นฐานแล้ว การเกิดโพรงอากาศเป็นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ซึ่งมีลักษณะของการกลายเป็นไออย่างรวดเร็วตามมาด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง
ขณะที่ของเหลวเคลื่อนที่ผ่านการควบคุมปริมาณของวาล์วควบคุม ความเร็วจะเร่งความเร็วอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้แรงดันสถิตลดลงที่สอดคล้องกัน ที่เวนาคอนทาตา ซึ่งเป็นจุดของพื้นที่หน้าตัดขั้นต่ำ- ถ้าความดันสถิตต่ำกว่าความดันไออิ่มตัวของของเหลว ของไหลจะวาบเป็นไอและก่อตัวเป็นเมฆฟอง เมื่อของไหลเคลื่อนไปตามกระแสน้ำเข้าสู่โซนฟื้นตัวซึ่งความเร็วลดลงและความดันเพิ่มขึ้น ฟองอากาศเหล่านี้จะยุบลงทันที
การระเบิดของโพรงไอเหล่านี้ทำให้เกิดคลื่นกระแทกที่รุนแรงและไอพ่นขนาดเล็กที่โจมตีพื้นผิวโลหะ การปล่อยพลังงานอย่างไม่หยุดยั้งนี้ทำให้เกิดรูพรุนและการกัดกร่อนเหมือนรวงผึ้งบนปลั๊กวาล์วและบ่าวาล์ว ทำให้เกิดการรั่วไหล นอกจากนี้ การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนที่เกี่ยวข้องอาจทำให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของระบบท่อลดลง และสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน
กลยุทธ์บรรเทาผลกระทบทางวิศวกรรม
การควบคุมคาวิเทชั่นที่มีประสิทธิภาพต้องใช้การผสมผสานระหว่างขนาดวาล์วขั้นสูง การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบระบบ และการเลือกใช้วัสดุ
การลดแรงดันหลายขั้นตอน
วิธีการนี้ถือเป็นโซลูชันทางวิศวกรรมที่มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันแตกต่างสูง ในวาล์วแบบสเตจเดียวมาตรฐาน แรงดันตกทั้งหมดเกิดขึ้นตลอดข้อจำกัดเดียวสามารถทำให้เกิดโพรงอากาศได้ ในทางกลับกัน วาล์วลดแรงดันแบบหลายขั้น เช่น วาล์วที่ใช้แผ่นปิดเขาวงกตหรือแผ่นซ้อนกัน จะแบ่งย่อยแรงดันตกทั้งหมดออกเป็นชุดของขั้นตอนที่เล็กลงและแยกกัน
ด้วยการกระจายพลังงานที่กระจายไปหลายขั้นตอน ความดันที่จุดใดจุดหนึ่งจะยังคงอยู่เหนือเส้นความดันไอ วิธีนี้จะช่วยป้องกันการก่อตัวของฟองไอหรือรับประกันว่าการพังทลายใดๆ จะเกิดขึ้นภายในกระแสของของไหล แทนที่จะกระทบกับผนังโลหะ ดังนั้นจึงทำให้ศักยภาพในการกัดกร่อนเป็นกลาง
การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบระบบและการติดตั้ง
การปรับเปลี่ยนพารามิเตอร์ของระบบยังช่วยลดความเสี่ยงจากการเกิดโพรงอากาศได้อีกด้วย
การจัดการแรงดันต้าน:การติดตั้งแผ่นจำกัดหรือวาล์วแรงดันต้านที่ปลายน้ำจะยกระดับแรงดันทางออกให้สูงเกินจริง เพื่อให้แน่ใจว่าบริเวณการนำแรงดันกลับคืนยังคงอยู่เหนือความดันไอ ยับยั้งการยุบตัวของฟองอากาศภายในตัววาล์ว
ข้อควรพิจารณาด้านความร้อน:เมื่อใดก็ตามที่เป็นไปได้ ควรติดตั้งวาล์วควบคุมในส่วนต่างๆ ของท่อที่มีอุณหภูมิของเหลวต่ำกว่า เนื่องจากความดันไออิ่มตัวลดลงตามอุณหภูมิ ของเหลวที่เย็นกว่าจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดวาบไฟน้อยลง ดังนั้นจึงเป็นการเพิ่มเกณฑ์สำหรับการเกิดโพรงอากาศ
ทิศทางการไหล:สำหรับบริการลดความดันสูง โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้การไหลเพื่อวางแนวเปิด การกำหนดค่านี้ช่วยลดการกระทบโดยตรงของของไหลบนพื้นผิวซีลและลดความรุนแรงของการกัดเซาะ
การเลือกใช้วัสดุเพื่อต้านทานการกัดเซาะ
ในการให้บริการที่รุนแรงซึ่งไม่สามารถขจัดการเกิดโพรงอากาศได้ทั้งหมด ความแข็งของวัสดุจะกลายเป็นแนวป้องกันขั้นสุดท้าย สแตนเลสมาตรฐานมักไม่เพียงพอ ส่วนประกอบที่สำคัญควรผลิตจากหรือเคลือบด้วยวัสดุแข็งพิเศษแทน
การใช้ขอบวาล์วที่ปูด้วยโลหะผสม Stellite หรือเคลือบด้วยทังสเตนคาร์ไบด์จะให้ความต้านทานที่เหนือกว่า วัสดุเหล่านี้มีความต้านทานแรงดึงและความแข็งที่จำเป็นในการทนต่อคลื่นกระแทกซ้ำๆ ของฟองอากาศที่ยุบตัว ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของวาล์วได้อย่างมาก
บทสรุป
แม้ว่าการเกิดโพรงอากาศถือเป็นความท้าทายที่พบบ่อยในพลศาสตร์ของไหล แต่ก็สามารถจัดการได้ทั้งหมดผ่านทางวิศวกรรมที่เข้มงวด ด้วยการใช้เทคโนโลยีการลดแรงดันแบบหลายขั้นตอน การปรับแรงดันต้านของระบบให้เหมาะสม และการเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อน ผู้ปฏิบัติงานสามารถกำจัดเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนที่ทำลายล้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ มาตรการเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงการป้องกันเท่านั้น สิ่งเหล่านี้จำเป็นสำหรับการรับประกันความปลอดภัยและความต่อเนื่องของการดำเนินงานทางอุตสาหกรรม
