多級節(jié)流降壓抗空化板上的節(jié)流孔按特定規(guī)律排列(如漸擴(kuò)式或迷宮式布局),使流體依次通過多個(gè)節(jié)流孔時(shí),流速與壓力逐級衰減。例如,VFR 型偏心旋轉(zhuǎn)閥的抗空化板采用多孔結(jié)構(gòu),每個(gè)節(jié)流孔形成獨(dú)立的縮流斷面,將總壓降分解為多級小壓降,確保每級壓降均低于臨界空化壓差。這種設(shè)計(jì)可將流體通過閥芯后的壓降降低 50% 以上,有效避免空化氣泡的形成。
能量分散與流動轉(zhuǎn)向節(jié)流孔的非對稱分布或?qū)Я饕碓O(shè)計(jì)(如 FloWing 系列閥芯的導(dǎo)流翼)可改變流體流向,促使高速流體在板后形成紊流區(qū)。紊流通過摩擦耗散能量,降低流體動能,從而減少氣泡潰滅時(shí)的沖擊力。實(shí)驗(yàn)表明,這種設(shè)計(jì)可使空化噪音降低 15-20 分貝。
壓力恢復(fù)控制抗空化板的出口段通常設(shè)計(jì)為擴(kuò)散形流道,通過擴(kuò)大流通面積使流體速度降低、壓力回升。這種壓力恢復(fù)過程被精確控制,確保流體壓力在離開抗空化板前穩(wěn)定在飽和蒸汽壓以上,避免氣泡潰滅引發(fā)的振動。
避免壓力驟降當(dāng)流體流經(jīng)閥芯與閥座的節(jié)流間隙時(shí),流速激增導(dǎo)致壓力驟降。抗空化板通過多級節(jié)流將這一過程分散,例如:
臨界壓差控制:通過計(jì)算阻塞流壓差(Δps),確保每級節(jié)流孔的實(shí)際壓降(Δp)均小于 Δps,避免流體進(jìn)入閃蒸或空化狀態(tài)。
幾何級數(shù)降壓:多級節(jié)流孔的壓降按幾何級數(shù)遞減(如第 1 級 Δp1,第 2 級 Δp1/2,第 3 級 Δp1/4),使流體壓力逐步衰減,避免局部低壓區(qū)的形成。
抑制氣泡潰滅即使少量氣泡形成,抗空化板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也能削弱其潰滅效應(yīng):
導(dǎo)流與擴(kuò)散:擴(kuò)散形出口流道使氣泡在壓力恢復(fù)過程中緩慢收縮,減少潰滅瞬間的沖擊力。
材料阻尼:抗空化板采用高硬度不銹鋼(如 SUS316L)或表面硬化處理(如電鍍硬鉻),通過材料自身的阻尼特性吸收氣泡潰滅能量,降低振動傳遞。
噪音抑制機(jī)制
紊流能量耗散:抗空化板引發(fā)的紊流將流體動能轉(zhuǎn)化為熱能,減少高頻壓力脈動的產(chǎn)生。
聲波散射:多孔結(jié)構(gòu)形成的復(fù)雜流道可散射聲波,使噪音頻譜從尖銳的高頻峰(空化特征)變?yōu)槠骄彽膶掝l帶,整體噪音水平降低。
振動衰減路徑
動態(tài)載荷分散:多級節(jié)流使流體對閥體的沖擊力分散在抗空化板的不同區(qū)域,避免局部高應(yīng)力集中。
結(jié)構(gòu)阻尼增強(qiáng):抗空化板與閥體的剛性連接設(shè)計(jì)(如焊接或螺栓緊固)可增加系統(tǒng)剛度,降低共振風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)顯示,安裝抗空化板后,閥體振動幅值可降低 30%-50%。
高壓差工況:當(dāng) Kc * 值超過 0.55 時(shí)(如中壓管線冷水控制),仍能通過多級節(jié)流將空化指數(shù)(σ)維持在安全閾值以上,避免材料侵蝕。
含固體顆粒介質(zhì):抗空化板的節(jié)流孔設(shè)計(jì)可減少顆粒對閥芯的直接沖刷,同時(shí)通過紊流提升 “自潔” 能力,延長閥門壽命。
降噪需求場景:在壓縮性流體控制中,抗空化板可使噪音降低 15 分貝以上,滿足工業(yè)環(huán)境的噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)。
仿生學(xué)結(jié)構(gòu)模仿生物體內(nèi)的流體調(diào)節(jié)機(jī)制(如魚類鰓部的多級分流結(jié)構(gòu)),采用非對稱節(jié)流孔布局,進(jìn)一步提升能量分散效率。
智能監(jiān)測集成部分抗空化板集成壓力傳感器或聲學(xué)探頭,實(shí)時(shí)監(jiān)測空化狀態(tài)并反饋至控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
材料復(fù)合化采用金屬基復(fù)合材料(如不銹鋼 + 陶瓷涂層),在保證強(qiáng)度的同時(shí)提高抗空化疲勞性能,適用于極端工況。