2.7.2. Отрицательные результаты кавитации

1. В трубопроводах возникают звуковые явления (сильный шум, треск, удары) и вибрация вследствие «схлопывания» пузырьков паров и газов, что приводит к мгновенным местным повышениям давления и ударам жидкости о стенки трубы.

2. Происходит кавитационная эрозия - разрушение материала стенок трубопровода в зоне схлопывания. Мгновенное местное повышение давления, достигающего тысяч атмосфер, приводит выщербливание материала стенок трубы. Механический процесс разрушения стенок является опасным следствием кавитации.

3. Нарушаются расчетные режимы работы гидроагрегатов, ухудшаются показатели их работы (снижаются подача и напор), уменьшается КПД.

Насосы эксплуатируют до критического давления, на 3 - 4% меньшего, чем давление, при котором наступает кавитация.

Рис. Характеристика насоса при кавитации

4. В гребных винтах турбин кавитация приводит к ухудшению качества поверхности в зоне «схлопывания» пузырей и к резкому снижению КПД.

2.7.3. Кавитационный регулятор расхода

Как правило, кавитация нежелательна. Но в некоторых случаях ее вызывают намеренно. Одним из примеров может служить кавитационный гидромонитор. Большая энергия. Высвобождающаяся при схлопывании кавитационных пузырей в водяной струе, используется для бурения 9за счет эрозии) горных пород и для обработки поверхностей.

Возможно и другое полезное использование явления кавитации. Например, кавитационный регулятор расхода жидкости.

Предположим, что давление на входе постоянно р₁ = р_вх = const (т.е. степень открытия вентиля В₁ не меняется).

С открытием регулирующего вентиля В₂ расход Q увеличивается, а давление на выходе р_вых уменьшается. В результате в узком сечении давление р_у также уменьшается.

После возникновения кавитации в узком сечении трубы (при достижении р_у = р_н.п.) устанавливается Q_max = const. Т.к. давление больше снижаться не может (жидкость «кипит» при постоянном давлении), то далее с открытием вентиля В₂ расход не изменяется.

Рис. Область стабилизации расхода

2.7.4. Число кавитации. Кавитационные характеристики

Для расчетной оценки отсутствия или наличия кавитации в трубопроводахиспользуется число кавитации. Число кавитации – это отношение разницы между давлением на входе и давлением насыщенных паров к динамическому давлению на входе:

 = (р₁ – р_н.п) / (v² /2),

где р₁ – статическое давление на входе; v² /2 – динамическое давление на входе.

Значение , при котором возникает кавитация, называется критическим числом кавитации. При  > _кр кавитации не будет; при   _кр возникает кавитация.

Значения _кр определяются опытным или эмпирическим путем.

Например, для трубы Вентури _кр = v_у ² / v₁ ² – 1 = s₁ ² / s_у ² – 1.

Эксплуатационные кавитационные характеристики местных сопротивлений получают при постоянном расходе и постепенном уменьшении давления и представляют в виде зависимости ζ = f(). При  > _кр коэффициент ζ не зависит от , а при  = _кр резко возрастает. Для двух местных сопротивлений эти кривые имеют следующий вид, но они справедливы лишь для определенного числа Re или для квадратичной области сопротивления, где ζ не зависит от Re. При ζ₂ >ζ₁ _кр2> _кр1.