Способи боротьби з кавітацією

Основним способом боротьби з кавітацією є максимальне зниження розрідження в зонах можливої ​​кавітації, яке частково може бути досягнуто за рахунок підвищення навколишнього тиску. Зокрема, в боротьбі з кавітацією у всмоктувальній камері насосів основним є забезпечення на всмоктуванні такого тиску, яке здатне було б подолати без розриву потоку рідини гідравлічні втрати у всмоктувальній магістралі і в самій камері всмоктування, включаючи опір, обумовлене інерцією рідини.

Очевидно, що для того, щоб рідина розвинула в робочій камері насоса (в циліндрі і ін.) Необхідне прискорення, необхідну для запобігання відриву її від всмоктуючого елемента (поршня і ін.), До неї необхідно докласти відповідне тиск. Сила Р інерції рідини при цьому визначиться так:

де m - маса даного об'єкту рухомої рідини;

j - максимальне її прискорення.

Для подолання цієї сили на вході у всмоктувальну камеру насоса має діяти тиск. де F - перетин потоку.

Підвищення тиску досягається наддувом бака гідросистеми газом (поддавліваніем), а також установкою підкачувальних насосів, ежекторів і іншими засобами.

У загальному випадку умова бескавитационной роботи насоса можна виразити рівнянням

де Рб ​​- тиск в рідинному баку, що живить насос;

h - різниця між рівнем рідини в баку і вихідним штуцером насоса;

Σрn - сума втрат напору у всмоктувальній магістралі;

Рi - втрата напору, обумовлена ​​прискоренням рідини у всмоктуючих каналах насоса і підвідному трубопроводі;

Uвх - швидкість рідини у вхідному вікні (каналі) насоса;

γ - об'ємна вага рідини;

Рк - критичний тиск, при якому настає активне виділення з рідини бульбашок повітря; це тиск залежить від в'язкості рідини і її температури, а також від ступеня насичення рідини повітрям.

Зважаючи на складність обчислення величини інерційної втрати-напору рi вона зазвичай враховується запасом ра, значення якого зазвичай приймається для поширених насосів і режимів їх роботи рівним 300-400 мм рт. ст.

З метою зниження втрат напору у всмоктуючому трубопроводі необхідно встановлювати насос якомога ближче до живлячої баку і нижче рівня рідини в ньому, а також збільшувати перетин трубопроводу і зменшувати кількість місцевих гідравлічних опорів на шляху течії рідини від бака до насоса.

Для забезпечення бескавитационной умов роботи насосів застосовують також різні конструктивні удосконалення. Одним з радикальних способів боротьби з кавітацією в насосах є підвищення тиску на вході в насос, що досягається застосуванням допоміжних насосів для підкачування або штучного наддуву газом рідинних резервуарів, а також застосуванням інших засобів, одним з яких є використання енергії потоку рідини в зливний магістралі гідросистеми за допомогою ежекторів (рис. 21).

Способи боротьби з кавітацією
Мал. 21. Розрахункова схема ежектора

Розрахунок ежектора (при q = Q1 / Q2 = 0 ÷ 1,5) зазвичай виробляють за емпіричною формулою (без урахування втрат)

де q = Q2 / Q1 - коефіцієнт змішування рідин (Q1 і Q2 - об'ємний витрата ежектірующее і ежектіруемой рідини);

Δh - різниця тисків в камері змішувача а й на виході з дифузора b, в мм рт. ст .;

- швидкісний напір ежектіруемого потоку в мм. рт. ст .;

u1 - швидкість ежектіруемого потоку в м / сек;

- коефіцієнт, що характеризує відношення площі F0 перетину змішувального трубопроводу до площі F1 перетину сопла нам виході.

Довжина змішувача трубопроводу приймається рівною (8 ÷ 10) d. При попередніх розрахунках користуються також спрощеної емпіричної формулою

Для зменшення дії кавітації застосовують корозійно-стійкі матеріали (стали з добавкою хрому і нікелю) при одночасній ретельній обробці їх поверхонь, що омиваються кавітіруемой рідиною. Застосовують також покриття деталей матеріалом, стійким проти кавитационного руйнування (бронзою, хромом і ін.).

Як правило, стійкість матеріалів кавітаційного руйнування підвищується зі збільшенням механічної і хімічної (окисної) стійкості, причому кращі результати дають матеріали, в яких поєднуються обидва ці якості. Найменшу стійкість мають чавун і вуглецева сталь і найбільшу стійкість - бронза і нержавіюча сталь. Найбільш стійким з відомих матеріалів є титан.

Збільшення твердості матеріалу підвищує, як правило, антікавітаціонной стійкість. Так, наприклад, збільшення твердості нержавіючої сталі від НВ 150 до НВ 400-420 підвищує її антікавітаціонной стійкість в 10 разів і більше. Збільшенням твердості можна також трохи підвищити антікавітаціонной стійкість вуглецевих сталей, проте деталі з цих сталей не можуть забезпечити прийнятний ресурс часу при можливих твердість.

Повністю усунути руйнівну дію кавітації шляхом застосування стійких проти корозії матеріалів не представляється можливим. Руйнування, хоча і менш інтенсивному, піддаються при відомих умовах деталі з таких матеріалів як скло, золото та ін. Що свідчить про переважання в даному процесі їх руйнування механічних факторів.

Схожі статті