كيف تتعامل الصمامات الكروية مع التجويف والتآكل، خاصة في الأنظمة ذات الضغط المتقلب أو سرعات التدفق العالية؟

التجويف هو ظاهرة تحدث عندما يكون الضغط داخل صمام الكرة الأرضية ينخفض إلى ما دون ضغط بخار السائل، مما يؤدي إلى تكوين فقاعات البخار. وعندما تنتقل هذه الفقاعات عبر النظام وتنهار عند مواجهة مناطق الضغط الأعلى، فإنها تولد موجات صدمية شديدة. يمكن أن تؤدي موجات الصدمة هذه إلى إتلاف المكونات الداخلية للصمام، مثل مقعد الصمام وزخرفته، مما يؤدي إلى التآكل والتسرب وفقدان أداء الصمام بمرور الوقت. يمكن أن تكون الصمامات الكروية، نظرًا لتصميمها الذي يشتمل عادةً على تحكم أكثر دقة في التدفق، عرضة للتجويف في ظل ظروف سرعة التدفق العالية أو انخفاض الضغط السريع. للتخفيف من التجويف، غالبًا ما تتميز الصمامات الكروية بتصميمات تسمح بتخفيضات تدريجية في الضغط، مثل مقاعد الصمامات الأكبر حجمًا أو الاختناق متعدد المراحل. في بعض الحالات، يتم تجهيز الصمامات الكروية أيضًا بزخارف مضادة للتجويف تساعد في التحكم في تكوين فقاعة البخار من خلال السماح بانخفاض الضغط متعدد المراحل بشكل متحكم فيه. يساعد هذا على تقليل موجات الصدمة الشديدة المرتبطة بالتجويف.

عادةً ما يحدث التآكل داخل الصمامات الكروية بسبب التدفقات عالية السرعة أو وجود جزيئات كاشطة، والتي يمكن أن تؤدي إلى تآكل الأسطح الداخلية للصمام، وخاصة المقعد والسدادة. وهذا أمر شائع في الأنظمة التي تتعامل مع المواد الملاطية، أو السوائل التي تحتوي على مواد صلبة معلقة، أو الغازات التي تحمل الجسيمات. في مثل هذه الظروف، تسبب الجزيئات الكاشطة فقدانًا تدريجيًا للمواد، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة إغلاق الصمام، والتسرب، وفي النهاية فشل الصمام. لتقليل التآكل، يمكن تصنيع الصمامات الكروية من مواد تظهر مقاومة فائقة للتآكل، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ المتصلب، أو الطلاءات الخزفية، أو المواد المركبة التي تتمتع بمقاومة عالية للتآكل. يمكن تصميم الصمامات الكروية بمكونات داخلية انسيابية لتقليل الاضطراب، مما قد يزيد من سرعة التدفق ويؤدي إلى تفاقم التآكل. من خلال إنشاء مسارات تدفق أكثر سلاسة وتحسين الهندسة الداخلية، يمكن للصمام التعامل مع معدلات التدفق العالية بشكل أكثر فعالية مع تقليل احتمالية التآكل المفرط. يسمح دمج مكونات الزخرفة القابلة للاستبدال، مثل مقاعد الصمامات والمقابس، بإجراء صيانة فعالة من حيث التكلفة، حيث يمكن استبدال هذه الأجزاء عند ارتدائها، مما يطيل عمر الخدمة الإجمالي للصمام.

يمكن أن تسبب الضغوط المتقلبة في أنظمة السوائل تحديات كبيرة للصمامات الكروية، حيث يمكن أن يؤدي ارتفاع الضغط أو انخفاضه إلى عدم استقرار التدفق، مما قد يسبب التجويف والتآكل وأداء الصمام غير المنتظم. في أنظمة الضغط العالي، يمكن أن يؤدي انخفاض الضغط المفاجئ إلى تكوين فقاعات بخار، في حين أن ارتفاع الضغط يمكن أن يؤدي إلى الضغط الزائد على مكونات الصمام. تتمتع الصمامات الكروية بقدراتها الدقيقة على التحكم في التدفق، وهي مجهزة بشكل أفضل للتعامل مع الضغوط المتقلبة مقارنة بأنواع الصمامات الأخرى. ومع ذلك، عندما تكون التقلبات شديدة أو متكررة، قد تتطلب الصمامات الكروية تصميمات تقليم خاصة، مثل التقليم المضاد للتجويف، أو التقليم المخفض للضغط، أو صمامات الاختناق، والتي تسمح بتحكم أفضل في تغيرات الضغط. تعمل هذه القطع المتخصصة على تنظيم انخفاض الضغط عبر الصمام بشكل أكثر فعالية، مما يقلل من التغيرات السريعة في الضغط وبالتالي يقلل من خطر التجويف.

يمكن أن تؤدي سرعات التدفق العالية إلى تفاقم التجويف والتآكل داخل الصمامات الكروية. عندما يتحرك السائل بسرعة عالية، خاصة في الأنظمة ذات أقطار الأنابيب المحدودة، فإن قوى القص المؤثرة على المكونات الداخلية للصمام يمكن أن تسرع عملية التآكل. وهذا يمثل مشكلة خاصة عندما تحتوي السوائل على مواد صلبة معلقة أو جزيئات كاشطة. للتعامل مع سرعات التدفق العالية، يمكن تجهيز الصمامات الكروية بخيارات تقليم خاصة مصممة لاستيعاب مثل هذه الظروف. على سبيل المثال، قد يتم تجهيز الصمامات بمقاعد صمامات ومقابس أكبر أو معززة يمكنها تحمل التآكل المتزايد الناجم عن التدفقات عالية السرعة. إن تحسين الهندسة الداخلية للصمام —مثل توفير انتقال أكثر تدريجيًا لمسار التدفق— يمكن أن يقلل من الاضطرابات وارتفاعات السرعة الموضعية التي تؤدي إلى التآكل المفرط. يعد التأكد من أن حجم الصمام مناسب لمعدل التدفق أحد الاعتبارات المهمة الأخرى. إذا كان حجم الصمام الكروي كبيرًا جدًا بالنسبة للتطبيق، فقد يؤدي ذلك إلى سرعات تدفق مفرطة داخل الصمام، مما يؤدي إلى التجويف والتآكل.