Причины и место появления кавитации

Кавитация – это процесс нарушения сплошности потока (cavitas – пустота) жидкости в зоне пониженного давления, заключающийся в образовании полостей, наполненных паром и выделившимся из жидкости газом.

В области пониженных давлений возникают растягивающие напряжения, которые приводят к разрыву жидкости и появлению полостей – кавитационных каверн с давлением внутри, равным давлению парообразования при данной температуре . В дальнейшем, попадая вместе с потоком в область повышенного давления, кавитационные каверны схлопываются. Это сопровождается местным гидравлическим ударом по стенке канала.

Возникновение и развитие кавитации в жидкости связано с наличием так называемых ядер кавитации. В технической жидкости всегда находятся твердые микрочастицы. Они-то, как концентраторы напряжений, и являются ядрами кавитации.

При появлении кавитации имеют место следующие отрицательные моменты:

· срыв режима работы, т.е. резкое снижение напора, КПД и расхода;

· эрозионное разрушение рабочего колеса машины при длительной работе на кавитационных режимах;

· нестабильная работа насоса (низкочастотная пульсация давления может выйти за пределы насоса, дойти до камеры сгорания ЖРД, что может повлечь взрыв).

Разрывы сплошности жидкости могут иметь следующие формы:

1. – пузырьковая кавитация;

2. – вихревая кавитация;

3. – присоединенная (пленочная) кавитация.

1. Пузырьковая кавитация появляется с нерабочей стороны профиля лопатки с плавными обводами. Каверны появляются вокруг ядер кавитации.

2. Вихревая кавитация возникает в вихрях (где пониженное давление):

Þза кромками лопаток;

Þв области действия парных вихрей.

3. Присоединенная кавитация наблюдается при образовании большой паровой полости с нерабочей стороны лопатки. Для этой формы кавитации характерно наличие четкой границы раздела фаз «пар» – «жидкость».

Рис.1_14л

В насосах кавитация возникает при давлении на входе, существенно большем, чем при данной температуре жидкости. Это означает, что области с давлением, меньшим или равным , располагаются внутри проточной части насоса.

Уменьшение давления внутри насоса связано, прежде всего, с обтеканием лопаток. При этом с нерабочей стороны лопаток (особенно при положительных углах атаки) образуются области пониженного давления.

Рис. 2_14л. Рис. 3_14л.

Шнек с переменным шагом

Центробежное рабочее колесо     Здесь область min давления определяется не только картиной обтекания лопатки, но и действием инерционных сил.

Чем больше разряжение с нерабочей стороны лопатки, тем при большем давлении на входе в насос возникают срывные режимы работы, тем хуже антикавитационные свойства насоса. Поэтому следует избегать всего того, что приводит к большим разряжениям с нерабочей стороны лопатки:

· наличие твердых частиц в составе топливных компонентов;

· большие положительные углы атаки;

· большие углы изгиба профилей лопаток;

· малая густота решетки;

· большие скорости потока (следовательно, большие обороты n и диаметры D).

Теперь понятно, почему первые кавитационные каверны появляются на входе в колесо в периферийной точке: здесь самая большая относительная скорость.

Шнек	Центробежное колесо

ОТМЕТИМ: В центробежном колесе начавшаяся на входе в межлопаточные каналы кавитация будет быстро развиваться потому, что более плотная, чем парогазовые каверны, жидкость движется по инерции к периферии и тем еще больше увеличивает разряжение. Кавитационная каверна в центробежном колесе (точка В) мгновенно увеличивается из-за того, что рабочее тело “убегает” под действием центробежных сил от каверны, чем способствует увеличению последней.

Появившаяся в шнеке у точки А кавитационная каверна вытесняется в радиальный зазор, и в проточной части шнека в этом случае каверны не будет. Если в шнеке удается задавать первичную кавитацию, то тогда центробежное колесо работает без кавитации.

Дата добавления: 2014-01-14