Что называется кавитацией в гидравлике кратко
Обновлено: 02.07.2024
Кавитация. Понятие кавитации. Причины её присутствия в гидронасосе. [вверх]
Кавитация – процесс образования, затем схлопывания пузырьков в потоке жидкости, который сопровождается шумом и гидравлическими ударами. Кавитация происходит в том случае, когда насос не может получить полный объем масла, которое ему требуется. Гидравлическое масло содержит около 9% растворённого воздуха Давление глубокого вакуума возникает, когда насос не получает соответствующий объем РГЖ на всасывающей линии.
Причины присутствия кавитации в гидронасосе:
1. Слишком высокая вязкость масла.
Низкая температура масла увеличивает вязкость масла, затрудняя попадание масло в гидравлический насос.
Необходимо отметить, что большинство гидравлических систем не следует запускать с маслом, температура которого ниже 5°C ,также не рекомендуется подвергать ее нагрузке до тех пор, пока масло не прогреется до температуры выше 20°C.
Многие баки не имеют системы обогрева. Даже при наличии таковых систем они часто отключаются. Повреждение не может быть мгновенным, если насос постоянно запускается. В том случае если масло слишком холодное, насос выйдет из строя преждевременно.
2. Всасывающий фильтр или сетка загрязнены.
Сетка обычно имеет фильтрацию 74 или 149 микрон и используется для предотвращения попадания крупных частиц в насос. Фильтр может быть расположен внутри бака, находятся вне поля зрения. Необходимо отметить, что зачастую персонал даже не знает, что в баке установлен сетчатый фильтр (обратите внимание).
Не реже одного раза в год, всасывающий фильтр следует демонтировать с линии и бака.
3. Электродвигатель вращает гидравлический насос со скоростью, превышающей номинальную мощность насоса.
Насосы имеют рекомендованную максимальную скорость привода. В том случае, если скорость высока, на всасывающем отверстии потребуется больший объем масла.
Из-за размера всасывающего отверстия достаточное количество масла не может заполнить всасывающую полость в насосе, что приводит к появлению кавитации. Некоторые насосы рассчитаны на максимальную скорость вращения 1200 об/мин., другие имеют максимальную скорость. 3600 об./мин.
Скорость привода следует проверять каждый раз при замене насоса другой маркой или моделью.
Купить гидронасосы гидравлические Вы можете в ПромСнаб ГИДРО-ИМПУЛЬС.
Смотрите наш каталог аксиально-поршневых гидронасосов
Кавитация. Понятие кавитации. Причины её присутствия в гидронасосе. [вверх]
Кавитация – процесс образования, затем схлопывания пузырьков в потоке жидкости, который сопровождается шумом и гидравлическими ударами. Кавитация происходит в том случае, когда насос не может получить полный объем масла, которое ему требуется. Гидравлическое масло содержит около 9% растворённого воздуха Давление глубокого вакуума возникает, когда насос не получает соответствующий объем РГЖ на всасывающей линии.
Причины присутствия кавитации в гидронасосе:
1. Слишком высокая вязкость масла.
Низкая температура масла увеличивает вязкость масла, затрудняя попадание масло в гидравлический насос.
Необходимо отметить, что большинство гидравлических систем не следует запускать с маслом, температура которого ниже 5°C ,также не рекомендуется подвергать ее нагрузке до тех пор, пока масло не прогреется до температуры выше 20°C.
Многие баки не имеют системы обогрева. Даже при наличии таковых систем они часто отключаются. Повреждение не может быть мгновенным, если насос постоянно запускается. В том случае если масло слишком холодное, насос выйдет из строя преждевременно.
2. Всасывающий фильтр или сетка загрязнены.
Сетка обычно имеет фильтрацию 74 или 149 микрон и используется для предотвращения попадания крупных частиц в насос. Фильтр может быть расположен внутри бака, находятся вне поля зрения. Необходимо отметить, что зачастую персонал даже не знает, что в баке установлен сетчатый фильтр (обратите внимание).
Не реже одного раза в год, всасывающий фильтр следует демонтировать с линии и бака.
3. Электродвигатель вращает гидравлический насос со скоростью, превышающей номинальную мощность насоса.
Насосы имеют рекомендованную максимальную скорость привода. В том случае, если скорость высока, на всасывающем отверстии потребуется больший объем масла.
Из-за размера всасывающего отверстия достаточное количество масла не может заполнить всасывающую полость в насосе, что приводит к появлению кавитации. Некоторые насосы рассчитаны на максимальную скорость вращения 1200 об/мин., другие имеют максимальную скорость. 3600 об./мин.
Скорость привода следует проверять каждый раз при замене насоса другой маркой или моделью.
Под кавитацией понимается местное выделение из жидкости в зонах пониженного давления ее паров и газов (вскипание жидкости) с последующим разрушением (конденсацией паровых и смыканием газовых) выделившихся парогазовых пузырьков при попадании их в зону повышенного давления. Это разрушение пузырьков сопровождается местными гидравлическими микроударами большой частоты и высокого уровня ударных давлений.
Кавитация нарушает нормальный режим работы гидросистемы, а в отдельных случаях может вызвать разрушение ее агрегатов. Разрушительному действию кавитации подвергаются насосы, золотники, клапаны и прочие гидроагрегаты, причем это действие проявляется зачастую в очень короткое время. Так, например, наблюдаются случаи выхода из строя аксиально-поршневых насосов, происходящие в результате кавитационного разрушения (износа) распределительной пары и сопровождающегося недопустимого падения производительности за время работы от 20 мин до 1 ч.
Кавитация: что это?
Схематически механизм возникновения кавитации и его разрушительного действия сводится к следующему. При понижении давления жидкости в какой-либо точке потока до некоторой величины жидкость вскипает (происходит ее разрыв), выделившиеся же пузырьки газа и пара увлекаются потоком и переносятся в область более высокого давления, в которой паровые пузырьки конденсируются, а газовые сжимаются (смыкаются). Так как процесс конденсации парового и сжатия газового пузырька происходит мгновенно, частицы жидкости перемещаются к его центру с большой скоростью, в результате кинетическая энергия соударяющихся частиц вызывает в момент смыкания пузырьков местные гидравлические микроудары, сопровождающиеся высокими забросами давления и температуры в центрах пузырьков (по расчетам температуры могут достигать значений 1000—1500 0 C и выше и местное давление может достигать 1500—2000 кГ/см 2 ).
Наглядно это явленно можно продемонстрировать на простом устройстве (см рисунок). Вода или иная жидкость под давлением в несколько атмосфер подводится к регулировочному крану (вентилю) А и далее протекает через прозрачную трубку Вентури, которая сначала плавно сужает поток, затем еще более плавно расширяет и черев кран В выводит в атмосферу. При небольшом открытии регулировочного крапа п, следовательно, при малых значениях расхода и скорости жидкости падение давления в узком месте трубки незначительно, поток вполне прозрачен, и кавитация отсутствует. При постепенном открытии крана происходит увеличение скорости жидкости в трубке и падение абсолютного давления.
При некотором значении этого давления, которое можно считать равным давлению насыщенных поров (P абс2 = P н.п.) в узком месте трубки появляется отчетливо видимая зона кавитации, представляющая собой область местного кипения жидкости и последующей конденсации паров. Размеры золы кавитации возрастают по мере дальнейшею открытия крана, т. е. при увеличении давления в сечении 1—1, а, следовательно, и расхода. Однако, как бы при этом ни возрастал расход, давление к узком сечении 2--2 сохраняется строго ПОСТОЯННЫЙ! потому, что постоянно давление насыщенных паров.
Негативное влияние кавитации
В том случае, если эти процессы протекают вблизи от стенок ограничивающих каналов, последние будут подвергаться непрерывным гидравлическим ударам (бомбардировкам), которые вызывают местные разрушения стенок. Этому разрушению способствуют местные высокие температуры, развивающиеся в результате скачкообразности процесса и высокого уровня забросов давления. Указанные ударные действия частиц жидкости дополняются химическим воздействием на металл кислорода воздуха, выделяющегося из жидкости, а также воздействием электролитического характера.
Под действием высоких температур в присутствии кислорода воздуха происходит активное окисление (коррозия) контактирующих поверхностей. Происходящие при этом окислительные процессы усугубляются тем, что растворенный в жидкости воздух содержит почти в полтора раза больше кислорода, чем атмосферный воздух. Кроме того, интенсивность окислительных процессов повышается в результате разрушения под действием гидравлических микроударов окислительной пленки, которая в обычных условиях замедляет окисление металлических поверхностей деталей
В результате при длительной кавитации под действием указанных гидравлических ударов высокой повторяемости и одновременном воздействии высокой температуры происходит разрушение (эрозия) поверхностей деталей. Кавитация наступает тем раньше, чем больше жидкость загрязнена твердыми частицами. Это обусловлено тем, что на поверхностях этих частиц адсорбируется тонкий слой воздуха, частицы которого при попадании в зону пониженного давления служат очагами, способствующими возникновению кавитации. Разрушению подвергаются при развитой кавитации детали различных гидроагрегатов. На рисунке показан плунжер распределительного золотника (клапана) следящей гидросистемы, работавший в условиях значительного дросселирования жидкости. Кавитационному разрушению подвергаются также торцы блока цилиндров и межоконные перемычки распределительного диска аксиально-поршневых насосов, на поверхности которых образуются глубокие впадины
При возникновении кавитации в трубопроводах сопротивление их значительно возрастает, а пропускная способность соответственно уменьшается. При небольших сечениях трубопровода образуются газовые пробки и движение жидкостно-газовых фаз происходит чередующимися импульсами. Кавитация жидкости в насосах наступает при условии, когда жидкость при всасывании отрывается по тем или иным причинам от рабочего элемента насоса - поршня, лопасти, зубьев или прочих вытеснителей. Возможность отрыва зависит от вязкости жидкости и величины давления на входе в насос, а также от числа оборотов и конструктивных особенностей насосов. В частности, кавитация возникает, если давление на входе во всасывающую камеру насоса окажется недостаточным для обеспечения неразрывности потока жидкости в процессе изменения скорости дальнейшего ее движения. Предельно допустимым, с этой точки зрения, числом оборотов насоса является такое число, при котором абсолютное давление жидкости на входе в насос будет способно преодолеть без разрыва потока потери напора во всасывающей камере, обусловленные ее сопротивлением и силами инерции. В случае шестеренного и пластинчатого (лопастного) насосов к этим потерям добавляются потери, обусловленные центробежной силой, действующей на жидкость, вращающуюся вместе с ротором насоса.
Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам.
Самые читаемые статьи в этом разделе!
Рейтинг: 4.97
В предыдущем обсуждении мы выяснили, зачем нужен такой показатель, как NPSH (Net Positive Suction Head) - конечный положительный напор на входе в насос, при котором он может работать согласно своей заводской характеристике. Другими словами, параметр NPSH является сравнительной характеристикой насоса, необходимой для оценки возможности его работы в конкретной гидравлической системе в конкретных эксплуатационных условиях без риска кавитации.
Отступая от узкоспециализированных технических терминов, таких как число Рейнольдса, закон Бернули, сплошность потока и прочих, попробуем описать явление кавитации для понимания ее природы.
Сформулирую определение следующим образом: кавитация (от английского cavity – полость, впадина) – образование множества пузырьков пара в областях локального пониженного давления при неравномерном течении потока жидкости.
Это явление возникает только тогда, когда величины скоростей потока жидкости кратковременно, но существенно начинают различаются в разных точках сечения этого потока. Это происходит в основном при условии наличия:
- высоких скоростей потока жидкости (более 2-3 м/с для воды);
- резкого изменения направления потока жидкости;
- резкого изменения площади сечения потока;
- локального препятствия в потоке жидкости.
В этом случае за точкой внезапно возникшего препятствия (или за препятствием) возникает своего рода карман (на рисунках выделен красным цветом), в котором происходит резкий отрыв потока жидкости от ограничивающей его стенки. Это происходит из-за невозможности быстро изменить направление течения потока вследствие наличия у него массы и скорости, а значит инерции. Из-за расслоения потока и невозможности быстро заполнить образовавшиеся пустоты в этих карманах резко падает давление жидкости, а значит, создаются условия для образования пузырьков пара, то есть локального вскипания жидкости. Для примера: при нормальном атмосферном давлении (1 бар) вода кипит при 100 °С, но если давление упадет до 10% от него(0,1 бар), то вода будет кипеть уже при 46 °С, если до 5% (0,05 бар) то вода закипит при 33 °С. Величина падения давления зависит от скорости потока.
Далее образовавшиеся пузырьки пара за счет неравномерного течения жидкости в кармане частично увлекаются основным потоком, а также частично продолжают циркулировать в кармане. Попадая в область большего давления пузырьки пара оказываются переохлажденными, поэтому при наличии внешнего возмущения они практически мгновенно коллапсируют, т.е. схлопываются. Схлопываются они особым образом (рисунок) внутрь себя, но в направлении к точке приложения возмущения. При этом порождается микро ударная волна со скоростью, превышающей скорость звука. Если этим внешним возмущением является препятствие, например, стенка трубы или рабочее колесо, то каждый коллапсирующий пузырек выбивает микроскопическую частичку металла с поверхности. Если этот пузырек один, то ничего страшного не произойдет, но если их садится на поверхность рабочего колеса насоса миллиарды в минуту, то очевидно, скоро от колеса ничего не останется:
Стоит также отметить, что любое местное сопротивление может привести к кавитации, например, частично закрытая задвижка или клапан, засоренный фильтр, некачественно сваренный сварной шов и прочее.
Следует обратить внимание, что чем выше температура и чем ниже давление потока, тем вероятнее возникновение кавитации. Поэтому наиболее подвержены данному явлению системы теплоснабжения, горячего водоснабжения и канализации, соответственно при их эксплуатации необходим тщательный контроль за параметрами их работы для своевременного выявления и устранения отклонений.
Иллюстрации, использованные в данной статье взяты из открытого доступа с использованием поисковой системы "Яндекс картинки"
Время чтения: 5 минут
При определенных условиях в насосе возникает явление кавитации. Оно негативно влияет на работу аппарата, неизбежно приводит к его повреждению. Некоторые меры способны минимизировать кавитационный эффект.
Кавитация представляет собой гидродинамическое явление, возникающее в насосном оборудовании центробежного типа. Оно зависит от физических свойств перекачиваемой жидкости и начинается, когда значение давления становится равным либо меньше давления насыщенного пара. Из-за этого в потоке рабочей среды образуются полости, заполненные паром и растворенными газами.
Физически кавитацию можно объяснить тем, что в любой жидкости неизбежно содержится определенный объем растворенного газа.
Кавитация также обусловлена гидродинамическими характеристиками рабочих органов насосного аппарата, например линии тока могут отклоняться от стандартных траекторий, увеличивается частота вращения либо сжатия потока. При этом явление может возникнуть и на движущихся, и на неподвижных зонах проточной части оборудования. Кавитация является очень распространенной причиной поломки оборудования (она занимает второе место, на первом же находится неправильная центровка вала).
Причины появления кавитационного эффекта
Выделяют 3 кавитационные стадии:
1) Начальная. На данном этапе кавитационная область еще отсутствует;
2) Развитая. Имеются кавитационные пустоты (каверны);
3) Суперкавитация. Обтекаемый элемент полностью располагается в области кавитационной каверны.
Последствия кавитации в насосном оборудовании
Кавитация очень сильно влияет на исправность работы насосного устройства. Данное явление недопустимо даже в небольших масштабах в силу своего разрушительного влияния. Так, при схлопывании кавитационных пустот возникает шум (или характерное потрескивание в области входа в рабочее колесо), а также вибрация, причем чем больше габариты насоса, тем эти показатели будут больше.
Снижение характеристик насосного агрегата при развитой степени кавитации будет отличаться у насосов различной степени быстроходности. Причем параметры будут резко уменьшаться в случае низкой быстроходности и постепенно — при высокой. Если же кавитационная область полностью занимает сечение канала, подача насосного аппарата прекращается.
При продолжительной работе аппарата в условиях кавитации разрушаются материалы, из которых он изготовлен. Это явление называется питтинг, или точечное разрушение. Оно случается даже на начальном этапе кавитации.
Нужно различать разрушение по причине кавитации от коррозийного и эрозийного разрушения. Например, коррозия — последствие химического либо электролитического воздействия рабочей среды на металл, из которого изготовлен насос. Эрозия же случается из-за отрыва металлических частиц твердыми веществами, которые содержатся в перекачиваемой жидкости (к примеру, песок).
Как минимизировать данное явление
Явление кавитации в насосном оборудовании возможно предупредить. С этой целью разработаны специальные формулы. Согласно им кавитация менее вероятна, когда увеличивается высота подпора (то есть снижается высота всасывания), возрастает давление на поверхности жидкой среды.
Помимо этого, каждый агрегат имеет свой кавитационный запас. Также вероятность появления кавитации возрастает вместе с плотностью жидкости.
Интересно, что на сегодняшний день не существует материалов, абсолютно стойких к кавитационному эффекту. Все они из-за него разрушаются, только одни медленнее, а другие быстрее. Есть материалы более стойкие, одновременно с механической прочностью они обладают химической устойчивостью. Примером является бронза. А вот углеродистая сталь, чугун очень подвержены кавитационному разрушению (у чугуна это происходит за счет быстрого разрушения включений графита в его составе). Использование кавитационно стойких материалов обеспечивает непродолжительную работу насосного устройства при частичной кавитации. Это целесообразно, например, если аппарат испытывает кратковременную перегрузку.
Чтобы уменьшить физические последствия кавитации, производители применяют разного рода твердые напыления, а также закалку самых уязвимых элементов насоса. Однако это практикуется не так часто, поскольку данные методы не очень эффективные и при этом дорогостоящие.
Кавита́ция (от лат. cavitas — пустота) — процесс парообразования и последующей конденсации пузырьков воздуха в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация), существуют и другие причины возникновения эффекта. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырёк захлопывается, излучая при этом ударную волну.
Кавитация разрушает поверхность гребных винтов, гидротурбин, акустических излучателей и др.
Содержание
Обзор
Во многих источниках физика этого явления объясняется следующим образом. Физический процесс кавитации близок процессу закипания жидкости. Основное различие между ними заключено в том, что при закипании изменение фазового состояния жидкости происходит при среднем по объёму жидкости давлении равном давлению насыщенного пара, тогда как при кавитации среднее давление жидкости выше давления насыщенного пара, а падение давления носит локальный характер.
Однако более поздние исследования показали, что ведущую роль в образовании пузырьков при кавитации играют газы, выделяющиеся внутрь образовывающихся пузырьков. Эти газы всегда содержатся в жидкости, и при местном снижении давления начинают интенсивно выделяться внутрь указанных пузырьков.
Поскольку под воздействием переменного местного давления жидкости пузырьки могут резко сжиматься и расширяться, то температура газа внутри пузырьков колеблется в широких пределах, и может достигать нескольких сот градусов по цельсию. Имеются расчётные данные, что температура внутри пузырьков может достигать 1500 градусов цельсия [1] . Следует также учитывать, что в растворённых в жидкости газах содержится больше кислорода в процентном отношении, чем в воздухе, и поэтому газы в пузырьках при кавитации химически более агрессивны, чем атмосферный воздух.
Вредные последствия
Химическая агрессивность газов в пузырьках, имеющих к тому же высокую температуру, вызывает эрозию материалов, с которыми соприкасается жидкость, в которой развивается кавитация. Эта эрозия и составляет один из факторов вредного воздействия кавитации. Второй фактор обусловлен большими забросами давления, возникающими при схлопывании пузырьков и воздействующими на поверхности указанных материалов.
Поэтому кавитация во многих случаях нежелательна. Например, она вызывает разрушение гребных винтов судов, рабочих органов насосов, гидротурбин и т. п., кавитация вызывает шум, вибрации и снижение эффективности работы.
Когда схлопываются кавитационные пузыри, энергия жидкости сосредотачивается в очень небольших объемах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках (субмаринах), так как из-за шума их могут обнаружить. При разрушении каверн освобождается много энергии, что может вызвать повреждения. Эксперименты показали, что вредному, разрушительному воздействию кавитации подвергаются даже химически инертные к кислороду вещества (золото, стекло и др.), хотя и намного более медленному. Это доказывает, что помимо фактора химической агрессивности газов, находящихся в пузырьках, важным является также фактор забросов давления, возникающих при схлопывании пузырьков. Кавитация ведёт к большому износу рабочих органов и может значительно сократить срок службы винта и насоса. В метрологии, при использовании ультразвуковых расходомеров, кавитационные пузыри модулируют волны, излучаемые расходомером, что приводит к искажению его показаний.
Полезное применение кавитации
Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды. Так сверхкавитационная торпеда "Шквал", в зависимости от плотности водной среды, развивает скорость до 500 км/ч. Такие исследования проводились, например, в Институте гидромеханики НАН Украины. [2]
Кавитация используется при ультразвуковой очистке поверхностей твёрдых тел. Специальные устройства создают кавитацию, используя звуковые волны в жидкости. Кавитационные пузыри, схлопываясь, порождают ударные волны, которые разрушают частицы загрязнений или отделяют их от поверхности. Таким образом, снижается потребность в опасных и вредных для здоровья чистящих веществах во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется очистка как этап производства.
В промышленности кавитация часто используется для гомогенизации (смешивания) и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основаны на этом принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путём пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкий вход и значительно больший по размеру выход: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объёма. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).
Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.
Кавитационные процессы имеют высокую разрушительную силу, которую используют для дробления твердых веществ, которые находятся в жидкости. Одним из применений таких процессов является измельчение твердых включений в тяжёлые топлива, что используется для обработки котельного топлива с целью увеличения калорийности его горения.
Кавитационные устройства снижают вязкость углеводородного топлива, что позволяет снизить необходимый нагрев и увеличить дисперсность распыления топлива.
Кавитационные устройства используются для создания водно-мазутных и водно-топливных эмульсий и смесей, которые часто используются для повышения эффективности горения или утилизации обводнённых видов топлива.
Применение в биомедицине
Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках и мочеточнике посредством ударной волны литотрипсии. Литотриптор — прибор, предназначенный для разрушения камней в мочеполовом тракте без открытого хирургического вмешательства.
В настоящее время исследованиями показано, что кавитация также может быть использована для перемещения макромолекул внутрь биологических клеток (сонопорация).
Кавитация, создаваемая прохождением ультразвука в жидкостной среде, используется в работе хирургических инструментов для бескровного иссечения тканей плотных органов (см. CUSA).
Лопастные насосы и винты судов
Лопастные насосы. Кавитация на стороне всасывания
Как правило, зона кавитации наблюдается вблизи зоны всасывания, где жидкость встречается с лопастями насоса. Вероятность возникновения кавитации тем выше,
- чем ниже давление на входе в насос;
- чем выше скорость движения рабочих органов относительно жидкости;
- чем более неравномерно обтекание жидкостью твердого тела (высокий угол атаки лопасти, наличие изломов, неровностей поверхности и т. п.)
Центробежные насосы. Кавитация в уплотнении рабочего колеса
У классических центробежных насосов часть жидкости из области высокого давления проходит через щель между рабочим колесом и корпусом насоса в зону низкого давления. Когда насос работает с существенным отклонением от расчетного режима в сторону повышения давления нагнетания, расход утечек через уплотнение между рабочим колесом и корпусом возрастает (из-за увеличения перепада давления между полостями всасывания и нагнетания). Из-за высокой скорости жидкости в уплотнении возможно появление кавитационных явлений, что может привести к разрушению рабочего колеса и корпуса насоса. Как правило, в бытовых и промышленных случаях режим кавитации в рабочем колесе насоса возможен при резком падении давления в системе отопления или водоснабжения: например, при разрыве трубопровода, калорифера или радиатора. При резком падении давления в зоне рабочего колеса насоса образуется вакуум, вода при низком давлении начинает вскипать. При этом напор резко падает. Режим кавитации приводит к эрозии рабочего колеса насоса, и насос выходит из строя.
Кавитация в двигателях
Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате в стенках цилиндра образовываются отверстия, которые приводят к тому, что охлаждающая жидкость начинает попадать в цилиндры двигателя. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждающую жидкость, которые образуют защитный слой на стенках цилиндра. Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.
Сосудистые растения
Предотвращение последствий
Наилучшим методом предотвращения вредных последствий кавитации для деталей машин считается изменение их конструкции таким образом, чтобы предотвратить образование полостей либо предотвратить разрушение этих полостей возле поверхности детали. При невозможности изменения конструкции могут применяться защитные покрытия, например, газотермическое напыление сплавов на основе кобальта.
В системах гидропривода часто используют системы подпитки. Они, упрощённо говоря, представляют собой дополнительный насос, жидкость от которого начинает поступать через специальный клапан в гидросистему, когда в последней давление падает ниже допустимого значения. Если давление в гидросистеме не опускается ниже допустимого, жидкость от дополнительного насоса идёт на слив в бак. Системы подпитки установлены, например, во многих экскаваторах.
Другие области применения
Кавитация применяется для стабилизации игольчатых пуль подводных боеприпасов (например, боеприпасы автомата АПС или патроны 5.45x39 ПСП для автомата АДС), для увеличения скорости торпед (Шквал и Барракуда).
Кавитация может быть использована для измельчения разных материалов (в том числе руд). Для этих процессов выпускается промышленное оборудование [3] , в котором кавитацию получают при помощи силового ультразвука.
Число кавитации
Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации):
, где
— гидростатическое давление набегающего потока, Па;
— давление насыщенных паров жидкости при определенной температуре окружающей среды, Па;
— плотность среды, кг/м³;
— скорость потока на входе в систему, м/с.
Известно, что кавитация возникает при достижении потоком граничной скорости , когда давление в потоке становится равным давлению парообразования (насыщенных паров). Этой скорости соответствует граничное значение критерия кавитации.
В зависимости от величины можно различать четыре вида потоков:
Измерение
Уровень кавитации измеряют (как правило в относительных единицах) с помощью приборов, называемых кавитометрами [4] .
Читайте также: