Что такое кавитация

principle_bigКавитацией называют процесс, во время которого в жидкости образовываются маленькие пузырьки, заполненные паром, газом, или же их смесью. При этом образование этих пузырьков в трубопроводной системе происходит в зонах пониженного давления.

К причинам, которые приводят к возникновению кавитации, можно отнести повышение скорости движения потока рабочей среды в трубопроводной системе в случае резких перепадов давления. За счет того, что давление резко падает вследствие повышения скорости движения потока рабочей среды, в трубопроводной системе происходит возникновение участков вакуума, что и приводит к тому, что возникает кавитация.

При этом опасность для трубопроводной системы состоит не в том, что имеет место сама кавитация, а в ее последствиях, когда возникшие пузырьки схлопываются. Это приводит к тому, что образовывается мощная ударная волна, часто достигающая такой силы, что из молекул жидкости начинают высвобождаться электроны. Одновременно с этим можно наблюдать такое явление, как звуколюминесценция, то есть – вызванное силой звука свечение.

Стоит отметить, что в случае возникновения звуколюминесценции температура, которую имеют схлопывающиеся пузырьки воздуха, больше, чем температура Солнца! Однако такая высокая температура возникает лишь на кратчайшее время, а вот вызванная схлопыванием образованных при кавитации пузырьков ударная волна может привести к возникновению повреждений трубопроводной системы, к примеру – эрозии стенок трубопровода.

Также стоит добавить, что в том случае, если схлопывание пузырьков происходит внутри клапанов, то ничего страшного не случится. Опасность представляет лишь схлопывание поблизости от стенок трубопровода. Что интересно, так это то, что по сегодняшний день все еще имеет место распространенное заблуждение о том, что причиной эрозии, которая возникает при кавитации, является высокая скорость жидкой рабочей среды, которая будто бы вымывает металл.

Однако в реальности причиной возникновения эрозии является именно схлопывание пузырьков, вследствие которого образовываются большие каверны. При этом в процессе происходит возникновение ударной волны большой мощности, которая и приводит к тому, что повреждается материал трубопровода. Касательно образования (в результате того, что схлопываются маленькие) пузырей большого размера, то они впоследствии уносятся потоком рабочей среды и растворяются в ней практически без следа, не принося трубопроводной системе никакого вреда.

Результат "работы"  кавитации

Результат «работы» кавитации

Также стоит отметить, что можно целенаправленно вызвать процесс кавитации для того, чтобы произвести очистку некоторых трубопроводов (обычно подводных, или тех, к которым затруднен доступ) от наростов грязи и других включений постороннего характера. Однако в том случае, если кавитация возникает, так сказать, естественным путем, описанные выше процессы, которые возникают вследствие кавитации, в большинстве случаев приводят к очень неприятным последствиям для труб, постепенно их разрушая.

Также здесь стоит отметить и то, что отдельные типы рабочих сред обладают химической агрессивностью, что, сочетаясь с высокой температурой кавитационных пузырьков, приводит к тому, что эрозия стенок трубопровода в результате их схлопывания может привести к еще большей эрозии стенок. Полностью избавиться от кавитации практически невозможно, однако имеют место методы, которые дают возможность существенно ее снизить, и минимизировать вредные последствия для трубопроводной системы.

Методы снижения кавитации

Как известно, кавитация, или, как ее еще называют, «белый шум», возникает вследствие того, что в трубопроводной системе по какой-либо причине повышается скорость потока рабочей среды, и соответственно – резко снижается уровень давления. И здесь стоит отметить следующее: некоторые пробуют решить проблемы с образованием пузырьков пара или газа путем увеличения проходного сечения трубопровода, полагая, что тогда рабочая среда будет оказывать на стенки трубопровода меньшее воздействие. Однако в реальности все совершенно наоборот – увеличение диаметра труб наоборот, приводит к обратному эффекту. Почему так происходит, понять не так уж сложно.

Все дело в том, что при большем сечении трубопровода уровень давления падает еще больше, а соответственно, количество образующихся на данном участке каверн будет тем большим, чем большим будет сечение трубы. По этой причине выход из подобной ситуации состоит не в том, чтобы увеличить сечение трубопроводной арматуры или диаметр труб, а в том, чтобы увеличить в трубопроводе обратное давление.

Известный факт, что если обратное давление повысить всего лишь на пять процентов, то кавитация сокращается в разы, а если его повысить на десять процентов, то в 99% случаев кавитационные процессы полностью прекращаются. Помимо этого, также необходимо обратить внимание на материал, из которого изготовлены трубы. Если в вашей трубопроводной системе установлены трубы, произведенные из алюминия, то будет более целесообразно произвести их замену на трубы из стали или чугуна – тогда процессы эрозии сократятся в разы. То же самое является справедливым и для разнообразных видов трубопроводной арматуры, к примеру, регулирующей и предохранительной. Касательно клапанов с возможностью автоматического регулирования давления (например, клапанов прямого действия), то на них воздействие эрозии сводится к минимуму, так как именно функция регулировки давления дает возможность практически полностью исключить возникновение процесса кавитации. Кстати, это хороший повод использовать клапаны с автоматической регулировкой давления в трубопроводных системах, которые являются подверженными процессам кавитации.

И стоит отметить, что на сегодняшний день переход на такие клапаны большой сложности не составит, так как их выполняют по аналогичным стандартам (номинальная температуры и давление, диаметры сечения, габаритные размеры и так далее). Если же вести речь о насосном оборудовании, то здесь стоит предостеречь о том, что для снижения кавитации не стоит использовать выпускные клапаны. Это оборудование не решит проблему, так как после блокировки клапана и увеличения в насосе давления, после, в результате срабатывания клапана происходит резкое падение давления, а соответственно – для образования кавитации создается благоприятная возможность. А вот повышение здесь обратного давления, снова же, является наиболее оптимальным вариантом. При этом следует постараться создать такие условия работы трубопроводной арматуры, чтобы сделать перепады давления минимальными.

Здесь не будет лишним напомнить читателю о том ,что уменьшение давления может привести к увеличению скорости потока рабочей среды и увеличению температуры среды (закон сохранения энергии действует). И снижение уровня давления, к примеру, на 100 бар дает нам прибавку температуры рабочей среды на 7 градусов Цельсия. Соответственно, вне зависимости от нашего на то желания, нагревание в любом случае будет сопровождаться кавитацией. Другое дело, что мы можем сделать перепады давления более плавными (желательно – в три этапа). В таком случае Образование пузырьков пара и/или газа будет минимальным. Это особенно важно сделать в том случае, если в трубопроводной системе в качестве рабочей среды используются жидкости с высокими значениями удельной плотности, включая и воду.

Соответственно, нам удалось выяснить, что максимально эффективными методами борьбы с кавитацией являются только те, которые дают возможность сделать перепады давления в трубопроводной системе более плавными, или же снизить их. Там, где не имеется возможности использовать клапан иного типа (с авторегулировкой давления), самым разумным представляется подъем обратного давления. Касательно основных элементов трубопроводной системы, то есть непосредственно труб, то лучше использовать трубы, исполненные из соответствующих материалов, к примеру – чугунные или стальные.

Если статья оказалась полезной, в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже - это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!

2 комментариев к статье Что такое кавитация

  • orenkompru (0)
    1

    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.

  • orenkompru (0)
    2

    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.

Оставить комментарий

  

  

Ваше мнение для нас важно!

Не ругаемся, не спамим, не пустословим, стараемся писать грамотно. Не кричим (сообщения заглавными буквами). Проявляем уважение к другим участникам обсуждения, соблюдаем правила. Спасибо!

Я не робот (обязательно)

Copyright © 2009-2014 mingas.ru – Мир природного газа | на сайте Все права защищены

RATING ALL.BY Рейтинг@Mail.ru