バタフライバルブはなぜキャビテーションを起こしやすいのですか?

の感受性バタフライバルブキャビテーションへの影響は、その構造特性、流体力学特性、動作条件と密接に関係しています。具体的な理由は次のとおりです。

1. バタフライバルブ構造により局所的な低圧領域が形成される

バタフライバルブの開閉部品は円盤状のバタフライプレートです。回転して開くとき、流体はバタフライ プレートの端の周りを流れる必要があります。バタフライプレートの後ろ（下流側）に局所的な低気圧が形成されます。流体の圧力が飽和蒸気圧を下回ると、液体中の溶存気体が沈殿して気泡が形成され、これがキャビテーションの初期段階です。

典型的なシナリオ: 高い圧力差または高速水流条件下では、バタフライ プレートの端での流速が急激に増加します。ベルヌーイの原理によれば、流速の増加により圧力が低下し、低圧領域の形成がさらに悪化してキャビテーションが発生しやすい状態になります。

2. 流体の乱流と気泡崩壊の影響

流体が気泡を高圧ゾーン（下流のパイプラインなど）に運ぶときバタフライバルブ)、気泡はすぐに崩壊し、金属表面に衝撃を与えるマイクロジェットを生成します。この衝撃の頻度は非常に高く（毎秒最大数万回）、金属表面に徐々に孔食や剥離を引き起こし、最終的にはシール面に損傷を与えます。

データの裏付け: 気泡の崩壊によって発生する衝撃力は、通常の金属材料の疲労強度をはるかに超える数百メガパスカルに達する可能性があり、これがキャビテーション損傷の中核メカニズムであることが実験により示されています。

3. バタフライバルブの調整特性により、キャビテーションのリスクが悪化します

バタフライバルブは流量調整に一般的に使用されますが、開度が小さい場合（<15°〜20°）、流体はバタフライプレートとバルブシートの間の狭い隙間を通過するため、流速が急激に増加し、圧力がさらに低下し、キャビテーションのリスクが大幅に増加します。

エンジニアリングケース：水力発電所の入口弁や下水処理システムでは、バタフライ弁が小さな開度調整状態で長時間続くと、すぐに弁板の裏側にキャビテーションピットが発生し、シール不良が発生し、弁板やシールリングの頻繁な交換が必要になります。

4. 媒体の特性と使用条件の影響

粒子を含む媒体: 流体に堆積物や金属酸化物などの硬い粒子が含まれている場合、キャビテーションによって生成されたマイクロ ジェットが粒子を運びシール表面に衝突し、「エロージョン キャビテーション」複合損傷を形成し、破損を加速させます。

高温または腐食性媒体: 高温は液体の表面張力を低下させ、気泡の形成を促進する可能性があります。腐食性媒体は金属材料の耐キャビテーション能力を弱める可能性があり、二重の影響によりバタフライ バルブの故障が悪化します。

5. バタフライバルブの種類と設計の制限

シングル偏心・センターバタフライバルブ：水の流れ方向（弁板が下流側に偏る）を考慮する必要があります。逆に取り付けると、流れ場の安定性が損なわれ、キャビテーションのリスクが増加します。

垂直パイプラインの設置: バルブ プレートの自重によりシール面に不均一な応力が発生し、局所的な圧力低下が発生してキャビテーションが誘発される場合があります。

ソフトシールされたバタフライバルブ: ゴム製のシールリングはキャビテーションの影響で剥がれたり損傷したりする傾向がありますが、ハードシールされています。バタフライバルブ、侵食には強いですが、コストが高く、用途が限られています。