多级节流降压抗空化板上的节流孔按特定规律排列(如渐扩式或迷宫式布局),使流体依次通过多个节流孔时,流速与压力逐级衰减。例如,VFR 型偏心旋转阀的抗空化板采用多孔结构,每个节流孔形成独立的缩流断面,将总压降分解为多级小压降,确保每级压降均低于临界空化压差。这种设计可将流体通过阀芯后的压降降低 50% 以上,有效避免空化气泡的形成。
能量分散与流动转向节流孔的非对称分布或导流翼设计(如 FloWing 系列阀芯的导流翼)可改变流体流向,促使高速流体在板后形成紊流区。紊流通过摩擦耗散能量,降低流体动能,从而减少气泡溃灭时的冲击力。实验表明,这种设计可使空化噪音降低 15-20 分贝。
压力恢复控制抗空化板的出口段通常设计为扩散形流道,通过扩大流通面积使流体速度降低、压力回升。这种压力恢复过程被精确控制,确保流体压力在离开抗空化板前稳定在饱和蒸汽压以上,避免气泡溃灭引发的振动。
避免压力骤降当流体流经阀芯与阀座的节流间隙时,流速激增导致压力骤降。抗空化板通过多级节流将这一过程分散,例如:
临界压差控制:通过计算阻塞流压差(Δps),确保每级节流孔的实际压降(Δp)均小于 Δps,避免流体进入闪蒸或空化状态。
几何级数降压:多级节流孔的压降按几何级数递减(如第 1 级 Δp1,第 2 级 Δp1/2,第 3 级 Δp1/4),使流体压力逐步衰减,避免局部低压区的形成。
抑制气泡溃灭即使少量气泡形成,抗空化板的结构设计也能削弱其溃灭效应:
导流与扩散:扩散形出口流道使气泡在压力恢复过程中缓慢收缩,减少溃灭瞬间的冲击力。
材料阻尼:抗空化板采用高硬度不锈钢(如 SUS316L)或表面硬化处理(如电镀硬铬),通过材料自身的阻尼特性吸收气泡溃灭能量,降低振动传递。
噪音抑制机制
紊流能量耗散:抗空化板引发的紊流将流体动能转化为热能,减少高频压力脉动的产生。
声波散射:多孔结构形成的复杂流道可散射声波,使噪音频谱从尖锐的高频峰(空化特征)变为平缓的宽频带,整体噪音水平降低。
振动衰减路径
动态载荷分散:多级节流使流体对阀体的冲击力分散在抗空化板的不同区域,避免局部高应力集中。
结构阻尼增强:抗空化板与阀体的刚性连接设计(如焊接或螺栓紧固)可增加系统刚度,降低共振风险。实验显示,安装抗空化板后,阀体振动幅值可降低 30%-50%。
高压差工况:当 Kc * 值超过 0.55 时(如中压管线冷水控制),仍能通过多级节流将空化指数(σ)维持在安全阈值以上,避免材料侵蚀。
含固体颗粒介质:抗空化板的节流孔设计可减少颗粒对阀芯的直接冲刷,同时通过紊流提升 “自洁” 能力,延长阀门寿命。
降噪需求场景:在压缩性流体控制中,抗空化板可使噪音降低 15 分贝以上,满足工业环境的噪声控制标准。
仿生学结构模仿生物体内的流体调节机制(如鱼类鳃部的多级分流结构),采用非对称节流孔布局,进一步提升能量分散效率。
智能监测集成部分抗空化板集成压力传感器或声学探头,实时监测空化状态并反馈至控制系统,实现自适应调节。
材料复合化采用金属基复合材料(如不锈钢 + 陶瓷涂层),在保证强度的同时提高抗空化疲劳性能,适用于极端工况。