Кавітація

Кавітація в гідродинаміці належить до негативних явищ і спостерігається в трубопроводах, робочих колесах насосів, на лопатях гідравлічних турбін і призводить до вібрацій, шумів, ерозійного руйнування матеріалу, зміни експлуатаційних характеристик насосного і трубопровідного устаткування
[31–37]. На рис. 1.34 зображені основні області локалізації кавітації в насосних комплексах.

Розвиток кавітаційних каверн (порожнин заповнених паргозовою сумішшю) на лопатях робочого колеса або у всмоктувальному патрубку насоса призводить до різкого падіння значень тиску і ККД турбомеханізму (рис. 1.35). Явище кавітації в сифонових трубопроводах супроводжується скупченням повітря у верхній точці магістралі, що призводить до утворення повітряного демпфера, що зменшує прохідний перетин трубопроводу.

Розвиток кавітації на місцевих опорах, зумовлений зміною температурного і швидкісного режимів роботи трубопровідного устаткування, призводить до різкого збільшення їх коефіцієнта опору (рис. 1.36).

Наявність процесів кавітації при функціонуванні НК є одним з джерел коливань тиску і витрати в системі (кавітаційні автоколивання). Амплітуда таких автоколивань може досягати значень, що перевищують у 2,5 раза значення тиску в трубопроводі, а їх частота знаходиться в діапазоні від 1 до 60 Гц. Підтвердженням сказаного є криві зміни тиску на вході та виході насоса
(рис. 1.37), отримані експериментально [32].

а) у робочому колесі насоса; б) у сифоновому трубопроводі;
у) на місцевому опорі; г) у всмоктувальному патрубку насоса

Рисунок 1.34 – Місця локалізації кавітації в НК

Рисунок 1.35 – Вплив кавітації Рисунок 1.36 – Залежність коефіцієнта

на характеристики насоса опору регулювального клапана

від числа кавітації

a)

б)

а) МПа, МПа, f=20 Гц;

б) МПа, МПа, f=13,3 Гц

Рисунок 1.37 – Криві зміни тиску на вході та виході з насоса при частоті обертання валу 350

Існує два види кавітації: гідродинамічна й акустична (рис. 1.38).

У першому випадку явище кавітації зумовлене звуженням потоку або наявністю перешкод при транспортуванні з великою швидкістю руху, що спричиняє місцеве зниження тиску (пропорційно квадрату швидкості). Акустична кавітація виявляється в разі проходження рідини через акустичні коливання, що збільшує розтягувальні напруження в потоці рідини.

У загальному випадку кавітація є порушенням суцільності потоку, що виникає при розрідженні рідини, у тих місцях, де тиск у рідині стає нижчим за деяке критичне значення (тиск насиченої пари). Це, у свою чергу, призводить до утворення бульбашок, заповнених парою, газом або їх сумішшю.

До основних параметрів кавітаційних явищ належать [31, 33, 34]:

– число кавітації ; (1.65)

– кавітаційний коефіцієнт опору ; (1.66)

– кавітаційний запас ; (1.67)

– об'єм розриву суцільності потоку в i -й точці трубопроводу в момент j

, (1.68)

де – вхідна швидкість рідини; k – коефіцієнт кавітації; – середнє значення витрат прилеглих ділянок; – час існування кавітації.

Питання визначення кавітаційних процесів у НК і оцінка їх впливу на експлуатаційні характеристики насосного устаткування є важливим. Незважаючи на велику кількість досліджень у цій галузі до сьогодні не сформульований чіткий підхід для визначення меж виникнення кавітаційних процесів у НК з урахуванням змінного режиму роботи і втрат потужності, зумовлених наявністю кавітації.

Дата добавления: 2014-11-29