Кавитация — это процесс образования и последующего коллапса пузырьков газа или пара в жидкости. Обычно он происходит в условиях быстрого изменения давления, когда, например, насосы или пропеллеры создают области низкого давления, что приводит к образованию пузырьков, которые затем могут разрываться с высокой энергией.
Этот процесс может вызывать явления, такие как шум, вибрация и повреждения вложений оборудования, но также используется в различных технологиях, таких как ультразвуковая очистка и химические реакции, а также в некоторых медицинских процедурах.
Кавитация, ее последствия, их предотвращение
Кавитация — процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости, сопровождающийся шумом и гидравлическими ударами, образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром самой жидкости. Давление в жидкости может резко понизиться во время быстрого прохождения жидкости по каналам переменного сечения или сложной формы.
Возникшие при этом зоны разряжения порождают кавитационные вихри, внутри которых и образуются полости. Пузырьки возникают на межмолекулярном уровне и имеют внутри очень высокое разряжение, за счет чего частично заполняются водяным паром и растворенными в воде газами. Соотношение содержания газа и пара в полости может быть различным. В зависимости от концентрации пара или газа в полости их называют паровыми или газовыми.
Кавитационные полости имеют очень непродолжительное время существования. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением, кавитационная полость схлопывается, излучая ударную волну, которая способна разрушить пограничные поверхности. Такое воздействие очень разрушительно не только для высокопрочного бетона, но даже для металла.
Выделяемое при схлопывании пузырьков большое количество энергии значительно увеличивает температуру. Химическая агрессивность газов и водяных паров, особенно при повышенной температуре, вызывает эрозию материалов с которыми соприкасается жидкость. Эта эрозия является вторым фактором вредного воздействия кавитации.
Кавитационные разрушения бетонных поверхностей
При скорости воды более 15 м/сек. углубления и выступы на граничной с потоком бетонной поверхности могут вызвать образование кавитационных вихрей. В них возникают и моментально исчезают мельчайшие пузырьки. В результате разрушения пузырьков возникает сильная ударная волна — серия последовательных гидравлических ударов. Такое воздействие очень разрушительно даже для высокопрочного бетона.
Как правило, кавитационные разрушения наблюдаются на поверхности водосбросов, турбинных водоводов, резервуаров — накопителей энергии, сифонов, туннелей и улиток, по которым с большой скоростью течет вода.
Повреждение бетона вследствие кавитации можно довольно легко отличить от обычного размыва. На поверхности, разрушенной кавитацией, имеются зазубрины, в то время как поверхность, поврежденная водой и крупным песком или каменной мелочью, довольно гладкая. На практике в таких конструкциях, как водосбросы, при кавитации могут вырываться большие куски бетона.
Борьба с кавитацией и ее последствиями
Кавитации, и как следствие разрушения бетонных поверхностей, можно избежать, уменьшив или полностью исключив образование кавитационных вихрей. Для этого при ремонте бетонов, разрушенных кавитацией, следует придерживаться двух основных принципов.
Во-первых, восстановление поверхности следует производить особо прочным ремонтным составом «КТтрон-4 Т600». Данный состав не только обеспечивает быстрый набор ранней прочности, но и обладает характеристиками, соответствующими условиям эксплуатации при возможном возникновении кавитационных вихрей.
| Прочность при сжатии в возрасте | |
| — 4 часа | min 15 МПа |
| — 24 часа | min 30 МПа |
| — 28 суток | min 60 МПа |
| Прочность сцепления с бетоном | |
| — 1 сутки | min 0,8 МПа |
| — 28 суток | min 2,5 МПа |
| Прочность при изгибе в возрасте | |
| — 1 сутки | min 3,0 МПа |
| — 28 суток | min 9,0 МПа |
Во-вторых, следует добиваться полного соответствия проектной геометрии, строго избегая всяческих неровностей отремонтированных поверхностей.
Источник3: industriation.ru
Кавитация насоса: причины возникновения и способы устранения
Срок службы насосов — до 30 лет. Однако отсутствие обслуживания и капитального ремонта значительно сокращает этот срок. Одной их причин преждевременного износа насоса является кавитация.
Определение кавитации
Кавитация – это возникновение в рабочей жидкости пузырьков газа и моментальное их схлопывание. Явление рождается внутри насоса, где давление становится ниже допустимого уровня – давления парообразования рабочей жидкости. Из-за кавитации ломаются даже качественные насосы. В борьбе с вредным процессом поможет так называемый кавитационный запас. Для этого на всасывающем патрубке должно быть минимальное давление.
Данное явление возникает в насосах, когда давление жидкости со стороны всасывающего патрубка уравнивается или становится ниже давления насыщенных паров. Нарушение термодинамического баланса вызывает «закипание» перекачиваемой среды. Из-за этого образуются пустоты, заполненные паром или газом, выделяющимися из жидкости. Действие центробежной силы направляет данную пароводяную смесь в зону нагнетания насоса, где давление среды значительно превышает атмосферное. Из-за этого пузырьки мгновенно разрушаются, выделяя тепло и создавая множественные гидравлические удары высокой энергии.
Помимо снижения напора и производительности насоса, кавитация приводит к эрозионному разрушению рабочих колёс, вала и внутренней поверхности корпуса. При этом агрегат работает с повышенной вибрацией и шумом.
Причины возникновения кавитации в насосах
- Установка насоса на высоте от поверхности перекачиваемой жидкости, превышающей оптимальную;
- Повышенное гидравлическое сопротивление во всасывающем трубопроводе, как следствие его большой протяжённости или малого диаметра;
- Пониженное атмосферное давление на поверхности перекачиваемой среды;
- Высокая температура жидкости;
- Нарушение герметичности соединений всасывающего трубопровода. В результате происходит подсасывание воздуха в системе.
Как бороться с кавитацией
Для защиты агрегатов от кавитации применяются следующие меры:
- Насос опускается ближе к поверхности перекачиваемой жидкости для повышения давления во всасывающем патрубке;
- Увеличивается диаметр и сокращается длина всасывающего трубопровода;
- Снижается сопротивление на всасывающем трубопроводе: убираются изгибы под прямым углом, устанавливаются обратные клапаны и фильтры;
- При допустимости незначительного снижения напора и производительности уменьшается скорость вращения вала;
- Насос устанавливается на оптимальной высоте, которая вычисляется по приведённым в паспорте устройства параметрам.
В паспорте насоса или руководстве по эксплуатации указываются напорные характеристики, в том числе, кавитационный запас насоса. Данный параметр обозначается Δhдоп или NPSHr и выражается в метрах водяного столба. Характеристика отражает высоту столба жидкости, которую насос удерживает во всасывающем трубопроводе. Если расстояние от оси рабочего колеса насоса до поверхности перекачиваемой жидкости будет больше вычисленного по графику допустимого значения, агрегат не сможет работать. В некоторых источниках параметр NPSHr называется требуемым кавитационным запасом. Насос взаимодействует с системой трубопроводов и запорной арматуры, у которых допустимый кавитационный запас обозначается NPSHa и вычисляется по формуле: NPSHa=Hs+(Pa-Pv)/p*g-Hп, где:
- Hs — высота от оси вала насоса до зеркала перекачиваемой жидкости (при расположении насоса ниже уровня жидкости значение будет отрицательным);
- Pa — атмосферное давление;
- Pv — давление насыщенных паров перекачиваемой среды;
- p — плотность жидкости;
- g — ускорение свободного падения;
- Hn — потери напора в трубопроводе.
Для расчётов используются и другие формулы, но значение NPSHa должно превышать допустимый кавитационный запас насоса. Выполнение данного условия — залог долгой и надёжной работы агрегата и всей системы.
Купить насосное оборудование можно в нашем интернет-магазине "Промышленная Автоматизация".
Источник4: industriation.ru