Из-за чего происходит кавитация и к чему она может привести?

Скачать данную статью вы можете здесь

Одной из серьезных проблем, возникающих при применении запорной и регулирующей арматуры, является возникновение кавитации. Особенно сильно этот эффект проявляется при использовании регуляторов понижающих давление «после себя».

Кавитация – это местное нарушение сплошности течения с образованием паровых и газовых пузырей (каверн), обусловленное местным падением давления в потоке

 

Кавитацию также  называют "холодным" кипением

Представьте, что на участке трубопровода, устанавливается регулятор давления, понижающий давление «после себя», любая другая арматура, заужающая проходное сечение, или конструктивно выполненное заужение трубы.  Когда поток будет проходить через эти участки, его скорость неизбежно будет возрастать.

Возрастание скорости происходит в силу работы закона сохранения вещества:  через каждое сечение трубы за одно и то же время пройдет одно и то же количество воды. Чтобы тоже количество воды прошло через заужение, потоку нужно двигаться быстрее.  При этом, заужение проходного сечения в два раза приводит в увеличению скорости потока в 4 раза. 

Именно по этой причине, специалисты НПЦ ПромВодОчистка, не рекомендуют использовать регулятор более чем на два типоразмера меньше, чем диаметр трубопровода, на который монтируется регулятор.

Увеличение скорости означает увеличение кинетической энергии потока. На основании закона сохранения энергии, последняя из «ничего» появиться не может. Поэтому рост кинетической энергии неизбежно вызовет падение потенциальной энергии, а роль потенциальной энергии в потоке воды выполняет давление.

Именно на принципе закона сохранения энергии и работают все регуляторы давления.

Как только в своем падении давление приблизится по величине к давлению насыщенных паров, начнётся бурное выделение растворенных в воде газов с одновременным парообразованием. Произойдет так называемое «холодное кипение» или же КАВИТАЦИЯ.

Рис. 1. Последствия кавитации

Рис. 2. Последствия кавитации

 

Рис. 3. Последствия кавитации

 

Пузырьки, образованные во время кавитации приводят к постепенному разрушению стенок трубопровода (регулятора)

Опасность заключается в следующем. Пузырьки, образующиеся во время кавитации, это не те «огромные» пузыри воздуха, которые мы видим во время кипения воды в чайнике – это микроскопические пузырьки ≈10^-5 см, и пузырьков таких очень много. 

Подхваченные потоком пузырьки, устремляются из зауженной части в широкую часть трубы, где их скорость упадет, а давление, оказываемое на пузырьки - возрастёт. Увеличение давления приведет к конденсации пара, растворению газов в воде, т.е. к исчезновению пузырьков. Казалось бы, всё хорошо, но пузырьки начинают не просто исчезать, они начинают лопаться. Предполагается, что при захлопывании содержащаяся в пузырьке парогазовая смесь, адиабатически (не успевая обменяться теплом с окружающей средой) сжимается до давления 105 Па (300 атмосфер) и нагревается до температур порядка 9000 °С.

Представьте, что миллионы / миллиарды  таких «опасных» пузырьков начинают лопаться около стенок трубопровода или регулятора. Каждый хлопок неизбежно будет оставлять свой след на стенке и постепенно будет истончать её, что в последствии приведет разрушению регулятора/трубопровода.

Специалистам НПЦ ПромВодОчистка встречались случаи неправильного подбора регуляторов, при которых регулятор давления из высокопрочного чугуна Ду-250 мм, разрушался из-за сильной кавитации уже через 2 месяца после начала эксплуатации.

 

Кроме того, кавитация вызывает и другие негативные явления:

• характерный шум во всём диапазоне частот и сильный акустический сигнал на частоте (уровень звука может превышать 80db);
• ускорение одних химических реакций и инициирование других;
• интенсивные микропотоки и ударные волны, способные перемешивать слои жидкости и приводить к сильным вибрациям.

  

С кавитацией поможет справиться только чётко продуманный план действий

 Так как же стоит бороться с кавитацией?

• Не допускать сильного нагрева жидкости, так как при её нагреве повышается давление насыщенных паров и падает растворимость газов.
• Не допускать насыщения жидкости газами. В нужных местах на протяжении трубопровода устанавливать сбросные клапана для воздуха (например, DOROT).

​

Рис. 5. Клапан воздушный кинетический DAV-MS-K	Рис. 6. Клапан воздушный автоматический DAV-P-A

 

 

• Не допускать сильного загрязнения жидкости, так как твердые частицы являются концентраторами для образования парогазовых пузырьков.
• Изготовление трубопроводов и регуляторов из износостойких материалов, например, нержавеющая сталь.
• Установка в регулирующей арматуре специальных вставок, как в арматуре DOROT, из износостойких материалов и направляющих поток пузырьков таким образом, чтобы пузырьки лопались в отдалении от стенок.

  

  

Рис. 6.

 

Компания ООО НПЦ ПромВодОчистка предлагает клапаны DOROT с большим набором характеристик: у моделей разных серий различается материал корпуса, тип управления клапанов, диаметр соединения, уровень максимального расхода, типоразмер. Полный ассортимент продукции вы можете увидеть на сайте control-valves.ru