Кавітація рідини

Передрук матеріалів без дозволу авторів ЗАБОРОНЕНА

Надійність гідросистем значно знижується при роботі в умовах кавітації рідини, яка настає при падінні тиску у зоні нижче тиску її насичених парів при даній температурі. Рідина закипає, виділилися бульбашки захоплюються потоком і переносяться в область високого тиску, в якій бульбашки конденсуються. Так як процес конденсації відбувається зі значною швидкістю, то і частинки рідини, що займають при цьому порожнина бульбашки, переміщуються до центру бульбашки з великою наростаючою швидкістю. В результаті кінетична енергія соударяющихся частинок рідини викликає в момент завершення конденсації місцеві гідравлічні удари, що супроводжуються різким місцевим підвищенням у центрі конденсації тиску і температури.

Під дією зазначених гідравлічних ударів тиск перевищує межу пружності, а під дією високої температури відбувається місцеве поверхневе руйнування (ерозія) деталей гідроагрегатів.

Руйнування металу в початковій стадії сприяють місцеві дефекти на поверхні деталей і, в першу чергу, шорсткості і ризики, які є слідами механічної обробки деталей.

До розглянутих ударним діям частинок рідини додається хімічне вплив на метал кисню, що виділяється з рідини, а також дії електричного характеру. В результаті поверхня деталей в місці кавітації руйнується, приймаючи губчасту структуру; причому глибина вад (пір) у багатьох випадках досягає декількох міліметрів.

Кавітація може виникати в трубопроводах, в насосах, а так само у всіх пристроях, де потік рідини піддається звуженням з подальшим розширенням.

Характер кавітаційного руйнування золотника гідропідсилювача, що працює під великим перепадом тиску видно на малюнку .

Малюнок – Характер кавітаційного руйнування (ерозії) розподільного золотника.

В трубопроводі кавітація зазвичай виникає в результаті зменшення зовнішнього атмосферного тиску, наприклад, у результаті збільшення опору трубопроводу або, наприклад, підйому літака на висоту. Потік рідини в трубопроводі при кавітації стає двофазним, що складається з рідинної і парогазової фаз, у результаті чого відбувається зменшення пропускної здатності трубопроводів.

Особливо руйнівною для конструкції і найбільш вірогідною є кавітація рідини в насосах, яка настає тоді, коли рідина при ході всмоктування відстає від робочого елемента насоса (поршня, зубів або інших вытеснителей).

Кавітація настає в тих випадках, коли тиск на вході в насос виявиться недостатнім, щоб повідомити рідини прискорення, при якому буде забезпечена нерозривність потоку. При цьому прискоренні швидкість потоку на вході у всмоктувальну камеру насоса повинна змінитися до швидкості всмоктуючого елемента.

З появою кавітації знижується продуктивність насоса, виникає характерний шум і спостерігаються різкі частотні коливання (пульсації) тиску в нагнітальній лінії, ударні навантаження на підшипники і інші деталі насоса, що викликають швидкий вихід останнього з ладу.

Коливання в цьому випадку обумовлені тим, що недозаполненные камери насоса переноситься з порожнини усмоктування в порожнину нагнітання. При цьому виникає зворотний потік рідини, що викликає гідравлічний удар і ударну навантаження на підшипники і інші вузли насоса, пульсуюче тиск гідравлічної мережі, що призводять до руйнування трубопроводів і виходу з ладу різних приладів.

Способи боротьби з кавітацією

Опыт показывает, что при работе системы в режиме кавитации полностью устранить ее не удается никакими мерами. Нужно не допускать условий возникновения кавитации. Для этого нужно, чтобы во всех зонах гидросистемы давление хотя бы на 0,01МПа превышало давление насыщенных паров применяемой жидкости в требуемом интервале температур.

Если же избежать кавитации не удается, следует для изготовления деталей гидроагрегатов применять кавитационностойкие материалы (хромоникелевые) и тщательно обрабатывать их поверхность. Стойкость материалов против кавитационного разрушения повышается, как правило, при сочетании двух качеств: увеличения твердости и химической (окислительной) стойкости материалов.

Для этого подходит, например, нержавеющая сталь. Повышение твердости этой стали с 150НВ до 420НВ повышает антикавитационную стойкость в 10 раз.

Удовлетворительной антикавитационной стойкостью обладают твердые бронзы (АЖ9-4).

ПРОДОВЖЕННЯ