Виды кавитации: Подробно о процессе кавитации | Статьи по промышленным насосам от Richflow

Подробно о процессе кавитации | Статьи по промышленным насосам от Richflow

24 Марта 2017

Кавитация – это явление образования в жидкости небольших и практически пустых полостей (каверн), которые расширяются до больших размеров, а затем быстро разрушаются, производя резкий шум. Кавитация происходит в насосах, винтах, рабочих колесах (гидротурбинах) и в сосудистых тканях растений.

Обзор

Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда сплошность ее потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщенного пара при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путем местной подачи энергии. Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».

Физический процесс кавитации точно такой же, как и процесс, происходящий во время закипания. Основное различие между ними — это изменение фазового состояния жидкости. Закипание – процесс, при котором местное давление насыщенного пара жидкости выше местного окружающего давления и присутствует достаточно энергии, чтобы изменить нормальное состояние жидкости в газообразное.

Для кавитационного явления нужна поверхность образования кавитационных «пузырей». Этой поверхностью являются нечистоты на стенках водосборника и примеси, содержащиеся в жидкости. Общепринятым является то, что водоотталкивающая (гидрофобная) поверхность стабилизирует появление небольших пузырей. Эти пузыри, появившиеся раньше, начнут неограниченно расти, когда их подвергнут пороговому давлению, названному порогом Блэйка.

Трудности

Кавитация во многих случаях нежелательна. На устройствах, например, винтах и насосах, кавитация вызывает много шума, повреждает их составные части, вызывает вибрации и снижение эффективности.

Когда разрушаются кавитационные пузыри, энергия жидкости сосредотачивается в очень небольших объемах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках (субмаринах), так как из-за шума их могут обнаружить. При разрушении каверн освобождается много энергии, что может вызвать основные повреждения. Кавитация может разрушить практически любое вещество. Последствия, вызванные разрушением каверн, ведут к большому износу составных частей и могут значительно сократить срок службы винта и насоса

Достоинства

Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, однако есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри. Существенно уменьшая контакт с водой, эти торпеды могут передвигаться значительно быстрее, чем обыкновенные торпеды.

Кавитация может быть полезной при ультразвуковой очистке устройств. Эти устройства создают кавитацию, используя звуковые волны и разрушение кавитационных пузырей для чистки поверхности. Используемая таким образом, потребность в отчистке от вредных химических веществ может быть уменьшена во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется отчистка как этап производства. До сих пор подробности того, как пузыри производят отчистку, до конца не поняты.

В промышленности, кавитация часто используется для гомогенизирования, или смешивания, и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основываются на этом разработанном принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путем пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкое входное отверстие и значительно большее выходное: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объема. Этот метод может управляться гидравлическими устройствами, которые контролируют размер входного отверстия, что позволяет регулировать процесс работы в различных средах. Внешняя сторона смесительных клапанов, по которой кавитационные пузыри перемещаются в противоположную сторону, чтобы вызвать имплозию (внутренний взрыв), подвергается огромному давлению и часто выполняется из сверхпрочных или жестких материалов, например, из нержавеющей стали, стеллита или даже поликристаллического алмаза (PCD).

Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.

Применение в биомедицине

Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках посредством ударной волны лизотрипсии (лизотриптор). В настоящее время исследованиями показано, что кавитация может быть использована для перемещения больших молекул внутрь биологических клеток (сонопорация).

Насосы и винты

Основные места возникновения кавитации — насосы, винты или границы проточных жидкостей.

Так как лопасти гидротурбины (в насосах) или лопасти гребного винта (в случае применения на суднах или подлодках) вращаются в жидкости, то возникают области низкого давления, поскольку вокруг лопастей жидкость ускоряется и следует за ними. Чем быстрее будут вращаться лопасти, тем ниже может оказаться давление вокруг них. Таким образом, достигается давление насыщенного пара, жидкость испаряется и образует небольшие пузыри газа. Это и называется кавитацией. Когда позже пузыри разрушаются, то они обычно приводят к очень сильным местным ударам волны в жидкости, которые могут сопровождаться шумами и могут даже повредить лопасти. Кавитация в насосах может быть двух видов: всасывающая и нагнетательная.

Всасывающая кавитация

Всасывающая кавитация происходит, когда работа насоса в режиме всаса происходит под низким давлением/высокое вакуумное условие, где жидкость превращается в пар внутри центробежного насоса. Этот пар переносится на нагнетательную сторону насоса, где вакуум больше не обнаруживается и снова сжимается до жидкостного состояния под влиянием нагнетательного давления. Это сжатие происходит мгновенно и оказывает влияние на лицевую поверхность гидротурбин. У гидротурбин, которые работают под воздействием условий всасывающей кавитации, обнаруживают нехватку на лицевой поверхности больших кусков материала, что ведет к преждевременному выходу из строя насосов.

Нагнетательная кавитация

Нагнетательная кавитация происходит при чрезвычайно высоком нагнетательном давлении насоса. Нагнетательная кавитация обычно появляется в насосе, который работает при отклонении на 10% от своего КПД. Высокое нагнетательное давление вызывает циркуляцию жидкости внутри насоса вместо того, чтобы выдавать нужный объемный расход. Так как жидкость циркулирует в гидротурбине, то она должна проходить через небольшой зазор между гидротурбиной и патрубком насоса при чрезвычайно высокой скорости. Эта скорость приводит к появлению вакуума, развивающегося в патрубке (аналогично тому, что происходит в трубе Вентури), который превращает жидкость в пар. Насос, который работает в таких условиях, показывает преждевременный износ лопастных гидротурбин и патрубков насоса. Кроме того, из-за условий высокого давления возможен преждевременный выход из строя механической пломбы насоса и подшипников. При граничных условиях кавитации возможна поломка вала гидротурбины. Полагают, что нагнетательная кавитация приводит к поломке шарниров.

Кавитация в двигателях

Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате на стенках цилиндра делают специальные дыры, которые позволяют охлажденной жидкости попадать в цилиндр. Предотвратить нежелательные явления возможно при помощи химических добавок в охлаждаемую жидкость, которая образует защитный слой на стенках цилиндра. Этот слой будет подвержен той же кавитации, но он может самостоятельно восстанавливаться.

Сосудистые растения

Кавитация происходит в ксилемных сосудистых растениях, когда водный потенциал становится таким большим, что растворившийся в воде воздух расширяется, чтобы заполнить клетки растения, или элементы сосудов, капилляры. Обычно растения способны исправить кавитационную ксилему, например, при помощи корневого давления, но для других растений, таких как виноградники, кавитация часто приводит к гибели. В некоторых деревьях ясно слышен кавитационный шум. Осенью температурное понижение увеличивает образование воздушных пузырей в капиллярах некоторых видов растений, что вызывает опадание листьев.

Виды кавитации, стадии ее развития и последствия в гидромашинах — Студопедия

Виды кавитации. Параметры кавитационного процесса.

Кавитация в проточном тракте гидротурбин (продолжение).

Лекция 2.

В гидротурбинах различают следующие виды кавитации: профильную, щелевую, полостную на выходе из рабочего колеса, кавитацию при резком изменении направления потока, местную кавитацию, вызываемую шероховатостью проточной части (рисунок 2.1). Наибольшее падение абсолютного давления в турбине имеет место в рабочем колесе, где происходит процесс преобразования энергии потока в механическую энергию. При определенных условиях работы некоторые из перечисленных видов кавитации наблюдаются также в направляющем аппарате и отсасывающей трубе турбины. Однако энергетические и кавитационные характеристики гидротурбины определяются, в основном, рабочим колесом.

Рисунок 2.1. Виды кавитации в гидромашинах: а) профильная, б) щелевая, в) местная

Профильная кавитация.При обтекании лопастей рабочего колеса может возникнуть кавитация, которая явится причиной изменения характеристик турбины. Распределение скоростей и давления на лопасти зависит, в частности, от формы профилей, их толщины, очертания входной кромки, угла атаки и скорости обтекания (рис. 2.2). Теоретический максимум разрежения в потоке равен: р_ВАК = р_АТМ / γ.

В том месте профиля, где давление приближается к значению р_В.П. / γ, возникает кавитация. Большое влияние на эпюру распределения давления (особенно на величину разрежения на нерабочей стороне лопасти) оказывает форма входной кромки и расположение максимальной толщины лопасти.

Рисунок 2.2. Профильная кавитация.

В зависимости от режима работы гидротурбины могут наблюдаться следующие стадии профильной кавитации: начальная, развитая и отрывная.

Рисунок 2.3. Различные стадии профильной кавитации:

а) — начальная, б) — развитая, в) — отрывная.

Начальная стадия (рис. 2.3, а) — обтекание лопасти почти не меняется, так как кавитация возникает только в отдельных местах лопасти. Характеристики гидротурбины не изменяются.

Развитая стадия (рис. 2.3, б) — кавитационные каверны покрывают большую часть тыльной стороны профиля; поток отслаивается от поверхности профиля, но не отрывается. При этой стадии кавитации изменяются гидродинамические характеристики лопастей рабочего колеса (коэффициенты С_Y и С_X).

Отрывная стадия (рис. 2.3, в) приводит к резкому изменению формы потока, возрастанию потерь энергии, падению КПД и наличию периодических возмущающих сил, действующих на лопасть. Отрывная кавитация в рабочем колесе недопустима, так как характеристики гидротурбины существенно ухудшаются.

Щелевая кавитация. Щелевая кавитация. Через зазоры у втулки и на периферии рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины часть воды движется в обход лопастей (объемные потери). Протечки воды и интенсивность вихреобразования в щели зависят от величины зазора, формы торцов и перепада давления на лопасти. При определенных условиях скорости в щели существенно возрастают, а давление падает. Возникает щелевая кавитация.

Для ослабления щелевой кавитации и уменьшения разрушения камеры рабочего колеса и торцов лопастей принимают следующие меры:

1. Обеспечение минимальных зазоров между лопастями поворотно-лопастного рабочего колеса, камерой и втулкой при различных углах установки лопастей, находящихся в пределах Δ = (0,0005 ÷ 0,001) D₁ (около 10 мм). С этой целью втулку рабочего колеса выполняют сферической формы. Камера рабочего колеса обычно полусферическая.

2. Закругление торцов лопасти (рис. 2.4, б). Местные скорости
потока в щели в этом случае уменьшаются по сравнению с лопастями с необработанной кромкой (рис. 2.4, а).

Рисунок 2.4. Формы торцов лопасти:

а) — необработанный, б) — закругленный, в) — установка специального буртика.

3. Установка специальных буртиков вдоль периферии лопастей
(рис. 2.4, в). Следует отметить, что буртики, снижая кавитацию, приводят, как показали исследования, к некоторому падению КПД турбины.

4. Изготовление камеры рабочего колеса и лопастей из нержавеющей стали, которая хорошо противостоит воздействию кавитации. В целях экономии возможна наплавка лопастей, выполненных, из углеродистой стали электродами из нержавеющей стали. Лопасти и камеры рабочих колес, средне- и высоконапорных турбин, как правило, выполняются полностью из нержавеющей стали.

Щелевая кавитация может наблюдаться также и в направляющем аппарате (в зазорах между торцами лопаток, верхним и нижним кольцами направляющего аппарата), а также в уплотнениях рабочих колес радиально-осевых гидротурбин.

Полостная кавитация. Полостная кавитация на выходе из рабочего колеса. На режимах, отличных от оптимального, за рабочим колесом радиально-осевых и пропеллерных гидротурбин наблюдается интенсивное вращение потока. При частичных нагрузках поток за рабочим колесом вращается в том же направлении, что и рабочее колесо; при нагрузках, больших оптимальной, вращение потока противоположно вращению рабочего колеса (рис. 2.5).

Поток, вращающийся за рабочим колесом (за исключением ядра вихря), подчиняется, в основном, закону постоянства момента скорости. При этом во входном сечении отсасывающей трубы окружная составляющая абсолютной скорости увеличивается к оси турбины, а давление падает. На некоторых режимах работы и при определенной установке гидротурбины по отношению к нижнему бьефу давление в потоке у оси турбины может приблизиться к давлению парообразования. Во вращающемся потоке образуется полость (вихревой жгут), наполненная смесью паров воды и газов. Жгут вращается не только вокруг собственной оси, не совпадающей с осью турбины, но и вокруг оси турбины (прецессионное вращение).

Образовавшаяся полость стесняет поток и вызывает за рабочим колесом неосесимметричное вращающееся поле давления. В результате в потоке за рабочим колесом наблюдаются колебания (пульсации) давления, которые могут являться причиной вибрации и неустойчивой работы гидроагрегата.

Рисунок 2.5. Вращение потока за пропеллерным рабочим колесом:

— оптимальный режим; —- режим частичной нагрузки;

—∙—∙— режим перегрузки.

Для уменьшения пульсаций давления в потоке и колебаний мощности агрегата применяют ряд мер, среди которых наиболее распространенным является впуск воздуха под рабочее колесо. Подведенный в соответствующих местах и в определенном количестве воздух оказывает демпфирующее воздействие, позволяя безопасно эксплуатировать агрегат на нерасчетных режимах. Величины амплитуды пульсаций давления, их частота на различных режимах работы турбины, а также количество и место впуска воздуха являются предметом специальных испытаний моделей и натурных гидротурбин.

Кавитация, вызываемая резким изменением направления потока. Геометрические очертания проточной части и режим работы гидротурбины влияют на местную кавитацию. Резкое изменение направления потока, например, в зоне между направляющим аппаратом и рабочим колесом или в изогнутой отсасывающей трубе приводит к местному отрыву потока и кавитации.

Кавитация из-за шероховатости обтекаемых поверхностей. Шероховатость поверхности, являющаяся результатом недостаточной механической обработки деталей проточной части, вызывает местное увеличение скоростей, падение давления и локальную кавитацию. Характеристики гидротурбины, установленной на ГЭС, сначала не претерпевают изменений. С течением времени процесс разрушения деталей проточной части становится все более интенсивным, и в результате КПД и мощность гидроагрегата снижаются. Поэтому при изготовлении проточной части гидротурбины необходимо обеспечить соответствующую чистоту обработки поверхностей, омываемых потоком.

Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее следствия

Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее следствия

Нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром и выделившимся из жидкости газом, называется кавитацией. Кавитация возникает в области пониженного давления, где возникают растягивающие напряжения, которые приводят к разрыву жидкости и образующие полости — каверны заполняются парами жидкости и выделившимся из нее растворенным газом. Попадая в область высоких давлений паровые пузырьки (каверны) «захлопываются». Захлопывание каверн вызывает местный гидравлический удар, который может привести к разрушению (эрозии) стенок каналов. Действительно, давление в пузырьках остается постоянным и равным давлению упругости насыщенного пара, в то время как давление жидкости по каналу рабочего колеса повышается при течении жидкости от входа к выходу. Попадая в область высокого давления, пузыри схлопываются под действием высокого давления. Это схлопывание сопровождается местным повышением давления в несколько тысяч атмосфер. Если оно происходит на поверхности лопаток или других элементах насоса, то с их поверхности выбиваются частицы материала, из которого они сделаны. Это явление называется эрозией. Этот процесс можно определить по потрескивающим звукам, которые усиливаются с увеличением кавитации.

Возникновение и развитие кавитации в жидкости связано с наличием так называемых ядер кавитации. В технических жидкостях всегда имеются ядра кавитации. Они являются теми слабыми точками, в которых нарушается сплошность жидкости, и возникают кавитационные явления. Наиболее вероятно, ядра кавитации представляют собой нерастворенные газовые включения, в том числе в порах и трещинах, а также микрочастицы, взвешенные в жидкости.

Если в жидкости присутствуют свободные или растворенные газовые включения, то кавитация будет протекать более интенсивно, с большим шумом и вибрациями.

Кавитация приводит к трем основным отрицательным последствиям:

1. К срыву подачи, напора, мощности и к.п.д.
2. К эрозионному износу элементов насоса: рабочего колеса, вала и т.д.
3. К звуковым явлениям: шуму, вибрации установки, а также к низкочастотным

   автоколебаниям давления в трубопроводах.

В насосах кавитация возникает при давлении перед входом в насос существенно превышающем давление парообразования при данной температуре жидкости. Это означает, что область минимального давления располагается внутри проточной части насоса. Падение давления внутри проточной части насоса (по сравнению с входным давлением Рвх) связано с обтеканием лопаток. При обтекании лопаток, как при обтекании любого тела, образуется область пониженного давления Рmin.

Как только давление станет ниже давления насыщенного пара, то образуется кавитация. В потоке жидкости такое падение давления происходит обычно в области повышенных скоростей и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жидкость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденсировавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса. Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счёт гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообразования. При кавитации производительность и напор насоса резко снижаются.

Зависимость напора насоса от давления на входе при постоянном расходе и постоянной частоте вращения называется кавитационной характеристикой. Такие характеристики снимаются на специальных стендах.

Уменьшение давления перед насосом Рвх достигается вакуумированием воздушной подушки в резервуаре. Во время испытаний насоса при постоянном значении расхода Q и постоянных числах оборотов определяют значения давлений на входе, при которых появляются кавитационные явления.

По результатам испытаний строятся кавитационные характеристики.

При давлении на входе равного Р_нач в насосе возникает кавитация, которая сказывается в появлении мелких пузырьков и шума от их схлопывания. Дальнейшее уменьшение давления от Рнач до Ркрит, несмотря на развитие кавитации (увеличивается количество и объем пузырьков), не приводит к изменению напора и к.п.д. насоса, но при этом могут усиливаться эрозионные и колебательные явления.

При давлении Ркрит, напор начинает снижаться (одновременно с напором снижается к.п.д. насоса). Это критический режим.

При давлении на входе насоса равного Рсрв напор и расход резко падают. Это — срывной кавитационный режим.

На кавитационной характеристике насоса можно выделить несколько областей:

а) режим начальной кавитации (или скрытая кавитация) насоса, когда Ркрит < Рвх < Рнач,

б) критический режим Рсрв < Рвх < Ркр, при котором заметен излом напорной характеристики. При этом зона распространения кавитационных полостей в насосе невелика.

в) режим Pвх < Pсрв, при котором наблюдается срыв всех основных параметров насоса. При этом вся проточная часть насоса практически занята паровой или газовой каверной.

Для насосов длительного использования, например, для отопления или водоснабжения, важно избежать даже начальной стадии кавитации.

В этом случае, давление на входе Рв должно быть больше давления Р_нач. Это позволит избежать появления кавитационного шума и эрозионного износа элементов насоса.

Для того чтобы избежать кавитации можно предпринять следующие шаги:

• повысить давление во всасывающем патрубке (опустить насос, или увеличить

давление в приемном резервуаре). Производительность от этого не измениться.

• Использовать насосы, имеющими меньшие числа оборотов.
•  
• Снизить расход жидкости через насос или температуру перекачиваемой жидкости, что соответствует уменьшению давления пара.

Статья Кавитация. Жировым отложениям — бой lne.com.ru

В рамках данной статьи мы рассмотрим уже хорошо себя зарекомендовавший метод кавитационной безоперационной липосакции.

---

Наталья Михайлова

к. м. н., врач-терапевт, дерматовенеролог, косметолог, член Американской академии дерматологии и Американского общества лазерной медицины и хирургии, Россия

---

Поиски эффективных методов коррекции этой эстетической проблемы ведутся давно. В рамках данной статьи мы рассмотрим уже хорошо себя зарекомендовавший метод кавитационной безоперационной липосакции.

Ударная волна

В эстетической медицине используется ультразвуковая или акустическая кавитация. И главная ее задача — это борьба с локальными жировыми отложениями. Ультразвуковая кавитация возникает при прохождении акустической волны большой интенсивности через жидкость. При этом в жидкости образуются пульсирующие пузырьки, заполненные паром, газом или их смесью. Эти пузырьки получили название «кавитационные», а само явление стали называть ультразвуковой кавитацией. Размер пузырьков зависит от частоты ультразвуковых волн: уменьшается при увеличении частоты и наоборот. Кавитационные пузырьки долго не живут, они перемещаются, постоянно меняя свои размеры, из области с низким давлением в область с высоким давлением. Перемещаясь, кавитационные пузырьки схлопываются, излучая при этом ударную волну и выделяя большое количество энергии. Внутри жировой клетки происходит гидродинамический толчок — микровзрыв. Эти микровзрывы повреждают клеточные мембраны адипоцитов. При этом повреждаются, в первую очередь, мембраны переполненных жиром клеток, в следствии их наибольшего напряжения. Расположенные рядом кровеносные сосуды, нервы и другие ткани не повреждаются. Продукты распада жировой клетки выводятся из межклеточного пространства посредством естественных метаболических процессов.

Три основных механизма выведения продуктов распада жировой клетки:

Биохимический. Продукты распада жировой ткани поступают в межклеточное пространство. В водной среде под воздействием ультразвуковой кавитации они образуют мелкодисперсную эмульсию. Часть из них под воздействием гормончувствительных липаз расщепляется с образованием глицерина и жирных кислот. Жирные кислоты, слаборастворимые в воде, связываются с альбумином и переносятся в печень или иные ткани, которым эти молекулы нужны в качестве строительных блоков или источника энергии. Глицерин растворим в воде и переносится в печень или к другим клеткам, его использующим.

Тканевой. Продукты распада жировой ткани приобретают антигенные свойства и фагоцитируются макрофагами.

Сосудистый. 90% продуктов распада выводится через лимфатическую систему и 10% абсорбируется в кровеносное русло, где в результате реакции триглицериды преобразуются в молекулы глюкозы.

Мелкодисперсный жир

Другими словами, без кавитации невозможен истинный липолиз, то есть превращение жировой ткани в мелкодисперсную эмульсию жира, текучую, легкую по текстуре. Жир в таком виде легко выводится из адипоцита, распознается липазами, подвергается дальнейшей биохимической трансформации в межклеточном пространстве и выводится из тканей в дренажные системы.

Изменяя параметры ультразвуковой волны (частоту и интенсивность), можно получать разные виды кавитации, которые будут оказывать различное влияние на жировую ткань: либо уменьшать количество адипоцитов, либо уменьшать их объем.

Стабильная невзрывная кавитация возникает при интенсивности от 0,8 до 1,5 ВТ/см2, когда стабильное давление различной силы вызывает компрессию адипоцитов, в результате чего происходит распад жировой капли до мелкодисперсного состояния и выведение через поры в клеточной мембране. При этом адипоцит сохраняет свою клеточную структуру, уменьшается только объем жировой капли.

Нестабильная взрывная кавитация возникает при высокой интенсивности колебаний (выше 2,5 Вт/см2), направленных на небольшую поверхность. При этом наблюдается дробление клеток – они «взрываются».

На высокой частоте

Кавитация может быть высокочастотная и низкочастотная, т. е. меняя частоту ультразвука можно получать различные виды кавитации. Аппараты для кавитации, чаще используемые в эстетической косметологии, — это, как правило, приборы, генерирующие низкочастотный ультразвук 30–45 кГц, при давлении 0,6 кПа. При использовании низкочастотной кавитации есть ряд условий, которые необходимо соблюдать специалисту. Одно из них — это работать только через жировую складку и не фиксировать манипулу над проекцией органов малого таза и крупных суставов. Такое требование необходимо, чтобы обезопасить пациента в случае более глубокого, нежели расчетное, воздействия ультразвука.

Сегодня на эстетическом рынке появились аппараты для кавитации с использованием ультразвука высокой частоты 2,7 МГц. Глубина воздействия при использовании высоких частот ультразвука не превышает 2,5 см — это позволяет специалисту фиксировать манипулу в зоне воздействия, не создавая жировую складку и упрощает выполнение процедуры. При частоте 2,7 МГц происходит формирование более мелких пузырьков, чем те, которые образуются при низкочастотной кавитации, что делает эту процедуру менее агрессивной для жировой ткани и пациента.

Было проведено множество научных исследований, которые доказали эффективность и безопасность кавитационного липолиза. Доктор Педро Лапуенте (Университет Сарагосы, Болонья, Испания) показал, какие изменения происходят в жировой ткани под действием кавитации. В экспериментах он использовал жировую ткань и кровеносные сосуды человека. Реакция жировой ткани изучалась под электронным микроскопом.

Рис. 2. До процедуры кавитации. Нормальная структура жировой ткани.

Рис. 3. Сразу же после начала процедуры.

Рис. 4. Во время процедуры (через 5 минут). Жир разжижен. Адипоциты увеличены. Мембраны адипоцитов не разрушены.

Рис. 5. Во время процедуры (через 15 минут). Мембраны адипоцитов частично разрушены.

Рис. 6. После процедуры. Клеточные мембраны адипоцитов разрушены, разжиженный жир находится в межклеточном пространстве. Кровеносные сосуды не повреждены.

Работа в поле

За одну процедуру ультразвуковой кавитации можно обработать только один участок тела, площадь которого не превышает бумажный лист формата А4. Если участок локальных жировых отложений превышает данный размер, его нужно разделить на поля и проводить коррекцию путем последовательного чередования обрабатываемых полей в разные сеансы. Толщина подкожной жировой клетчатки у пациентов в участках планируемой процедуры должна быть от 2,5 см. Во время осмотра пациента косметолог определяет толщину кожной (жировой) складки, и если толщина складки меньше 2,5 см, то процедура кавитационного липолиза в данном случае будет противопоказана. Показанием для проведения процедуры будет наличие у пациента локальных жировых отложений в области бедер (галифе), живота и ягодиц. Область подбородка, лица, шеи не подходят для данной процедуры. Ультразвуковая кавитация более эффективна для пациентов молодого и среднего возраста, так как особенности обменных процессов у пожилых пациентов не всегда позволяют рассчитывать на желаемый результат. Здесь следует напомнить, что у данного метода есть противопоказания и шанс найти их у пациентов пожилого возраста в разы больше.

Подготовка к процедуре

Общие рекомендации

За 2 часа до начала проведения процедуры и 2 часа после, не рекомендуется принимать пищу. Во время проведения курса рекомендуется увеличить объем потребляемой жидкости и больше двигаться (езда на велосипеде, ходьба).

Любые процедуры, сопровождающиеся липолизом, являются благом лишь до того момента, пока не затрагивают достаточно обширные зоны жировой ткани. Поэтому в этой статье был сделан акцент на ограничение по площади воздействия. Следует помнить, что одна из важных функций жировой ткани – хранение жирорастворимых токсинов. Во время процедуры кавитации продукты распада жировой клетки попадают во внутреннюю среду организма: межклеточное пространство, лимфо- и кровоток. Могут ли они нанести вред организму? Да. Именно поэтому до и после процедуры кавитационного липолиза применяются средства и методы, которые обеспечивают дальнейший метаболизм продуктов распада жировой ткани и оказывают лимфодренажное действие.

Ультразвуковая кавитация — эффективный и безболезненный метод коррекции тела, позволяющий получать хорошие результаты по уменьшению локальных жировых отложений, от 1 до 3 сантиметров за один сеанс. Эффективность кавитации будет выше, если до нее, во время и после пациенту проведут лимфодренажные процедуры.

Литература

1. Daniele Bani, Alessandro Quattrini Li, Giancarlo Freschi, Giulia Lo Russo. Histological and Ultrastructural Effects of Ultrasound-induced Cavitation on Human Skin Adipose Tissue. Plast Reconstr Surg Glob Open 2013 Sep 7;1(6):e41. Epub 2013 Oct 7.
2. Palumbo P1, Cinque B, Miconi G, La Torre C, Zoccali G, Vrentzos N, Vitale AR, Leocata P, Lombardi D, Lorenzo C, D’Angelo B, Macchiarelli G, Cimini A, Cifone MG, Giuliani M. Biological effects of low frequency high intensity ultrasound application on ex vivo human adipose tissue. Int J Immunopathol Pharmacol. 2011 Apr-Jun;24(2):411-22.
3. Агафонова С. Г., Гуткин Д. В., Иванова Е. В. Современные методы коррекции гиноидной липодистрофии. Экспериментальная и клиническая дерматокосметология 2009; № 6: 53—56.
4. Алиев Т. Р. Липосакция: так ли все просто? KOSMETIK international 2011; № 2: 6—12.

---

Любое использование либо копирование материалов или подборки материалов сайта, элементов дизайна и оформления допускается лишь с разрешения правообладателя и только со ссылкой на источник — http://lne.com.ru

Yokogawa выпустит Систему обнаружения кавитации в реальном времени | Новости продукции

Yokogawa Electric Corporation (ТОКИО: 6841) объявляет, что компанией разработана Система обнаружения кавитации^*1, которая будет выпущена в продажу 31 января. Путем обнаружения кавитации, количественной оценки информации о ней и отображения этих данных в режиме реального времени, эта система обеспечивает раннюю индикацию условий, которые могут привести к снижению производительности насоса. Благодаря выявлению проблем на ранней стадии, до нанесения ущерба, к которому может привести повышение уровней вибрации и шума, это решение повышает эффективность техобслуживания завода.

История разработки

Кавитация в жидкостях может привести к повреждению насосов. Чтобы свести к минимуму такой ущерб, необходимо обнаружить кавитацию на ранней стадии и принять соответствующие меры, например, регулируя скорость потока. Существует, однако, одна проблема: до сих пор не было способа количественной оценки кавитации. Кроме того, поскольку кавитация происходит внутри оборудования, невозможно визуально проверить, происходит ли она. Кавитация обычно обнаруживается обходчиками на площадке, которые полагаются на опыт, накопленный за время работы, для выявления изменений вибрации и шума, вызванных чрезмерной кавитацией. Однако, даже опытный заводской персонал и специалисты могут пропустить эти ранние признаки, и эти проблемы могут остаться незамеченными до тех пор, пока не произойдет неизбежное повышение уровней шума и вибрации.

В своем анализе этой проблемы в Yokogawa сосредоточились на том принципе, что существует прямая связь между перепадом давления и кавитацией, и, в конечном итоге, смогли придумать решение, которое включает количественную оценку кавитации, основанную на данных о давлении.

Особенности продукта

1. Обнаружение в реальном времени

Система, разработанная Yokogawa, состоит из Системы управления на сетевой основе STARDOM^TM FCN-500, программы логики обнаружения кавитации от Yokogawa, и высокоточного (±0.075%) датчика перепада давления DPharp EJX110A, и опирается на промышленной цифровой стандарт связи FOUNDATION^TM Fieldbus для связи этих компонентов. Каждые 100 мс^*2 датчик DPharp измеряет давление внутри целевого оборудования и эти данные передаются по сети Fieldbus в систему STARDOM FCN-500 для обработки в режиме реального времени программой логики. Таким образом, эта система может обнаружить кавитацию на раннем этапе, позволяя персоналу принять быстрые корректирующие меры, например, снизить расход до уровня, который подавляет кавитацию, не мешая работе производственной линии.

Примечание: Не существует универсального индикатора степени кавитации и это только упрощенное описание различных уровней кавитации.

2. Устранение неполадок

Клапаны, насосы и другие виды оборудования могут испытывать такие проблемы, как кавитация, вызванные чем угодно, от открытия/закрытия клапана, изменения уровня вязкости или некоторых иных физических свойств жидкости, или изменениями внешней окружающей среды. Персонал на площадке традиционно полагается на собственные ноу-хау и использование аналитических инструментов, чтобы найти причину этих проблем. Благодаря разработке этой новой системы персонал на месте теперь будет иметь инструмент, который поможет им выявить неполадки с большей эффективностью путем обнаружения и количественной оценки кавитации в оборудовании завода.

^*1 Физическое явление, при котором перепад давления жидкости в насосе или некоторых других видах оборудования вызывает образование быстро формирующихся и затем «взрывающихся» пузырьков. Удар, производимый лопающимися пузырьками, повреждает оборудование.

^*2 Выдает данные по давлению каждые несколько секунд в систему управления для контроля и управления. Датчик хранит в своей внутренней памяти данные по давлению, которая собираются каждые 100 мс.

Главные целевые рынки

Нефтяная, нефтехимическая, химическая, целлюлозно-бумажная, фармацевтическая, пищевая отрасли, металлургия, водоснабжение и очистка стоков и т.п.

Основные применения

Техническое обслуживание заводского оборудования, такого как насосы, имеющего тенденцию к ускоренному износу вследствие кавитации.

Дополнительная информация

Система обнаружения кавитации в реальном времени (http://www.yokogawa.com/cavitation/)

Система обнаружения кавитации в реальном времени-специальный вебсайт-(http://lp.yokogawa.com/cavitation/en/)

О бренде OpreX^TM

OpreX является всеобъемлющей брендом Yokogawa в бизнесе Промышленной автоматизации и управления. Наименование бренда «OpreX» символизирует выдающиеся достижения в технологии и решениях, которые Yokogawa культивирует через совместное создание ценностей со своими заказчиками, и охватывает весь спектр продуктов, услуг и решений компании в сфере промышленной автоматизации. Этот бренд состоит из следующих пяти категорий: OpreX Transformation (трансформация), OpreX Control (управление), OpreX Measurement (измерения), OpreX Execution (исполнение) и OpreX Lifecycle (жизненный цикл). Система обнаружения кавитации в реальном времени – это решение в линейке OpreX Asset Management and Integrity в категории OpreX Transformation, которое обеспечивает операционное совершенство всей деятельности предприятия, от производства до оптимизации цепочки поставок и управления рисками и бизнесом.

Под этим брендом Yokogawa будет поставлять комплексные решения для конкретных применений, которые поддержат трансформацию и рост наших заказчиков с учетом их бизнес-потребностей.

О компании Yokogawa

Основанная в 1915 году, компания Yokogawa активно работает в области измерений, управления и информации. Бизнес Промышленной автоматизации обеспечивает жизненно важные продукты, услуги и решения для разных отраслей перерабатывающей промышленности, включая нефтяную, химическую, газовую, металлургическую, целлюлозно-бумажную и электроэнергетику. Благодаря инновационным медико-биологическим разработкам, компания стремится радикально улучшить производительность производственно-сбытовых цепочек в фармацевтической и пищевой промышленности. Подразделения тестово-измерительных приборов, авионики и другие, по-прежнему обеспечивают важные приборы и оборудование, обладающие самой высокой точностью и надежностью в отрасли. Yokogawa внедряет инновации вместе со своими заказчиками через глобальную сеть из 113 компаний, работающих в 61 стране, с общим оборотом продаж в 3,8 млрд долларов в 2017 финансовом году. Для получения дополнительной информации пожалуйста, посетите наш сайт: www.yokogawa.com .

Упоминаемые здесь наименования корпораций, организаций, продуктов, услуг и логотипов являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Yokogawa Electric Corporation или их соответствующих владельцев.

Кавитация гребных винтов

3. 1. Понятие кавитации и ее виды

Кавитация — гидродинамический процесс разрыва сплошности жидкости, сопровождаемый появлением отдельных пузырьков и полостей, заполненных смесью пара и выделившихся из воды, ранее растворенных в ней газов. Кавитация наступает, когда давление в жидкости достигает критического значения — давления насыщенных паров. Для воды при комнатной температуре это давление = 2,3 кПа, что составляет чуть более двух процентов от атмосферного.

В соответствии с законом Бернулли давление на поверхности тела, движущегося в жидкости, падает с ростом скорости. Чем выше скорость, тем быстрее давление снижается до критического значения и на большей площади возникает кавитация. С особыми проблемами сталкиваются при проектировании высокоскоростных судов, предотвратить кавитацию отдельных элементов, которых (крыльев, стоек, кронштейнов и т. д.) стоит большого труда. То же можно сказать и о гребных винтах, лопасти которых движутся со значительными скоростями.

Кавитация лопастей винта. Практически лопасть представляет собой несущее крыло сложной формы. Соответственно процессы возникновения и развития кавитации на лопасти имеют много общего с таковыми у крыла.

Различают три вида кавитации крыла: вихревую, пузырчатую и пленочную. Первая имеет место в ядрах, сбегающих с концов крыла вихрей, где давление достигает критического значения. Эти ядра заполняются паром и газом, становятся видимыми. Дальнейший рост скорости приводит к снижению до величины давления на небольших участках поверхности крыла — образуются отдельные пузыри, ограниченные по размерам полости. Когда давление становится равным критическому на большей части крыла, образуется каверна, охватывающая значительную поверхность, — пленочная кавитация. По мере увеличения скорости растут и размеры каверны, которая может замыкаться далеко за пределами крыла [1].

2. Способы борьбы с кавитацией

Экспериментальные исследования кавитации гребных винтов показывают, что кавитация начинается у края лопасти и распространяется по направлению к ступице узкой полосой по входящей кромке засасывающей поверхности лопасти авиационного профиля, и в районе наибольшей толщины, если профиль сечения сегментный. Такая картина соответствует первой стадии кавитации винта.

Хотя гидродинамические характеристики винта практически не меняются, но пузыри схлопываются, вызывая кавитационную эрозию, вследствие чего лопасти теряют прочность

При дальнейшем возрастании скорости наступает вторая стадия кавитации, когда каверна захватывает всю засасывающую поверхность лопасти, и поэтому эрозия отсутствует, но существенно меняются гидродинамические характеристики винта и резко падает его КПД.

Для того чтобы не возникала кавитация, гребной винт должен работать на ходовом режиме при числе оборотов, на 10-15% меньше, чем .

Для устранения последствий, связанных с первой стадией кавитации, стремятся устранить или отдалить ее появление, путем увеличения дискового отношения θ и изменяя профиль сечения лопастей. Полностью устранить первую стадию кавитации не удается, поэтому выбирают дисковое соотношение, исключающее появление второй стадии кавитации.

Гребные винты с толстыми лопастями более подвержены кавитации.

Чем глубже погружен винт, тем меньше вероятность его кавитации, так как давление столба жидкости увеличивается с ростом глубины погружения.

Последствия кавитации приводят к ухудшению пропульсивных качеств, разрушению лопастей, эрозии, шуму и вибрации гребного винта [1].

Кавитация в насосах

Кавитация в центробежных насосах — это гидродинамическое явление, которое зависит от гидродинамических качеств рабочих органов машины и физических свойств жидкости. Кавитация в насосоах обычно начинается при падении давления до значения, равного или меньшего давления упругости насыщенного пара и сопровождается нарушением сплошности потока с образованием полостей, насыщенных паром и растворенными в жидкости газами.

Содержание статьи

Она возникает также при снижении местного давления по разным причинам динамического характера: увеличение скорости жидкости из-за увеличения частоты вращения, отрыва или сжатия потока, отклонения линий тока от их нормальных траекторий.

Кавитация в насосах может возникнуть как на движущихся, так и на неподвижных элементах проточной части.

Причины возникновения кавитации.

Явление кавитации в насосах происходит следующим образом — зарождение кавитации во многих случаях начинается с образования отдельных микроскопических пузырьков на участках пограничного слоя обтекаемого тела. После достижения определенного размера эти пузырьки поступают в зону видимой кавитации.

Полости или так называемые, каверны постоянного и устойчивого типов образуются без предварительного роста пузырьков в тех случаях, когда давление окружающей среды довольно низкое или соответственно высокая скорость потока.

Явление кавитации в насосах сопровождается вскипанием жидкости и является термодинамическим процессом, определяемым свойствами жидкости: давлением, температурой, скрытой теплотой парообразования, теплоемкостью.

При вскипании жидкости в местах с минимумом давления образуются полости, заполненные паром и частично выделившимися из раствора газами. Возникшие пузырьки пара увлекаются потоком и попадают в область с более высоким давлением, где они вновь конденсируются. Так как кипение связано с затратой тепла на парообразование, которое должно быть получено из окружающей среды путем теплообмена, то процесс вскипания происходит с некоторым запаздыванием, т.е. минимальное давление в потоке достигает значения несколько меньшего давления парообразования и вскипание жидкости происходит из перегретого состояния. Конденсация пузырьков пара в области повышенного давления происходит также с некоторым запаздыванием в условиях относительного переохлаждения. В связи с отмеченными процессами вскипание и конденсация происходят с достаточно большой скоростью.

Частицы жидкости, заполняющие полость конденсирующегося пузырька, движутся к центру со значительными скоростями. В момент завершения конденсации частицы жидкости внезапно останавливаются, и происходит местный гидравлический удар. При этом кинетическая энергия частиц переходит в энергию упругой деформации. Так как деформация жидкости весьма незначительна, то давление повышается на довольно большую величину. Следом за повышением давления возникает обратная волна давления, сопровождающаяся резким падением его и, возможно, повторным вскипанием, а затем снова конденсацией.

Различают три стадии кавитации: начальную, развитую и суперкавитацию. При начальной стадии кавитационная область отсутствует. Развитая стадия отличается наличием значительных кавитационных каверн на обтекаемом теле. В условиях суперкавитации весь обтекаемый элемент находится в зоне кавитационной каверны.

Последствия кавитации в насосах

Последствия кавитации в насосах сопровождается признаками, отрицательно сказывающимися на работе насоса.

Шум и вибрация возникают при разрушении кавитационных пузырьков в зоне повышенного давления. Уровень шума зависит от размеров насоса. Кавитационный шум проявляется в виде характерного потрескивания в зоне выхода в рабочее колесо.

Снижение параметров насоса при наличии развитой кавитации по-разному сказывается для насосов с разными коэффициентами быстроходности и зависит от значения и влияния кавитационной зоны. При низкой быстроходности параметры снижаются резко. Для насосов с высоким коэффициентом быстроходности характерно постепенное снижение параметров. Если кавитационная зона занимает все сечение канала, то происходит срыв(прекращение) подачи насоса.

Кавитационное разрушение материалов (питтинг) происходит при длительной работе насоса в условиях кавитации в местах захлопывания пузырьков. Питтинг имеет место как при начальной, так и при развитой кавитации.

Эксплуатация насосов с подачей большей расчетной также иногда приводит к кавитационным повреждениям элементов рабочих колес и корпусных делатей. Считается, что кавитационное разрушение материала происходит из-за механического воздействия кавитирующего потока на материал.

Следует различать разрушение, вызванное кавитацией, коррозией и эрозией. Коррозия является следствием химического и электролитического воздействия сред на металл, а эрозия происходит в результате отрыва частиц металла твердыми телами, транспортируемыми перекачиваемой жидкостью(например, песком).

Наличие материалов, стойких против кавитационных разрушений, неизвестно. Все материалы быстрее или медленнее разрушаются. Более стойкими являются материалы, которые наряду с механической прочностью обладают химической стойкостью, как, например, бронза. Сильно подвержены кавитационному разрушению чугун и углеродистая сталь. Наиболее кавитационно устойчивой считается нержавеющая сталь. Применение кавитационно стойких материалов может обеспечить непродолжительную работу насоса без заметного разрушения в условиях частичной кавитации. Такая возможность представляет значительные преимущества, например в условиях кратковременной перегрузки насоса.

Влияние кавитации на характеристики насоса

Кавитация в центробежных насосах сопровождается нарушением неразрывности потока в насосе и отражается на его нормальных характеристиках. Последствяи кавитации в насосах оказывают непосредственное влияние на характеристики насоса. Начальная стадия кавитации, ограниченная небольшой областью (местная кавитация), не сказывается заметно на подаче и напоре насоса и проявляется характерным потрескиванием в области всасывания, обусловленным гидравлическими ударами. Местная кавитация в насосах может сопровождаться разрушением материала колеса или корпуса насоса. Кавитация более развитая приводит к уменьшению подачи, напора и КПД насоса, а затем и к полному срыву его работы. На этом рисунке показано влияние кавитации на характеристики насоса, пунктиром отмечен нормальный ход характеристик без кавитации.

Кавитация является одним из основных факторов нарушающих нормальную работу насоса. К другим факторам влияющим на выдаваемую насосом характеристику относят гидравлическое сопротивление.

Видео по теме

Кавитация в насосах является фактором, сильнейшим образом влияющим на надежность работы насоса. Длительная работа насоса в области даже незначительных кавитационных явлений совершенно недопустима в силу разрушающего действия кавитации.

Вместе со статьей «Кавитация в насосах» читают:

Кавитация — обзор | Темы ScienceDirect

9.6 Кавитационные испытания гребных винтов

Для изучения кавитации и ее эффектов с использованием моделей гребных винтов необходимо обеспечить геометрическое сходство и схожесть потока, поскольку любое отклонение от этих требований вызывает масштабные эффекты. Геометрическое подобие требует, чтобы модель являлась геосимулятором своего полномасштабного аналога, и чтобы при изготовлении модели было уделено особое внимание тому, чтобы допуски на расчетные размеры были удовлетворительными для целей тестирования модели.Если допуски неудовлетворительны, то в результате модельных испытаний будут возникать ложные картины кавитации и начальное поведение.

Сходство потока или динамическое сходство полностью достигается, когда должным образом учитываются эффекты гравитации, вязкости, поверхностного натяжения, характеристик испарения, статического давления, скорости, плотности жидкости, диффузии газа и т. Д. К сожалению, в реальной ситуации потока с использованием модели, представляющей полномасштабный воздушный винт, невозможно удовлетворить всем этим параметрам одновременно.В главе 6 основные безразмерные группы гребных винтов были получены на основе анализа размеров, и для целей испытаний на кавитацию основными группами являются:

Число Фруда FnVagDR Число Рейнольдса RnρVaDη Число Вебера WnρVa2DS Коэффициент передвижки JVanDC Число кавитации σ0ppvρVa2Ross по числу воды в кавитационной установке идентичны, это ложное предположение, но достаточно близкое приближение для целей настоящего обсуждения, можно видеть, что одновременная идентичность может быть получена только для следующих безразмерных групп:

1.

F ​​ _n , σ ₀ и J , когда давление и скорость вращения гребного винта можно свободно выбирать.

2.

R _n , σ ₀ , J и ψ (где ψ — число газосодержания d / ( VD )), где снова можно свободно выбирать давление и скорость вращения, а высокие скорости потока, необходимые для R _n , не представляют проблемы.

3.

W _n , σ ₀ , J и ϕ (где ϕ — число газосодержания cD / ( ρV _a ² )), где снова можно свободно выбирать давление и скорость вращения.

4.

Число Россби подходит только тогда, когда силы Кориолиса могут стать важными.

Испытания модели кавитационного туннеля с морскими гребными винтами обычно проводятся с использованием идентификационной основы K _T .По сути, для этого необходимо установить число кавитации и коэффициент опережения. Поскольку одновременное удовлетворение идентичности Рейнольдса и Фруда невозможно, скорости воды обычно выбираются как можно более высокими, чтобы минимизировать различия между модельным и полномасштабным числом Рейнольдса. Однако в большинстве лабораторий работа с правильным полномасштабным числом Рейнольдса, как правило, невозможна. Тем не менее, при испытаниях на кавитацию часто пытаются следовать второй группе безразмерных коэффициентов, определенных ранее.

Смысл игнорирования идентичности Фруда состоит в том, что для данного радиального положения на лопасти и углового положения в диске локальное число кавитации не будет одинаковым для модели и корабля. Действительно, число кавитации для модели и корабля в этих условиях получается только в одной точке, обычно принимаемой за осевую линию вала. Хотя это обеспечивает среднее число кавитации, это не позволяет правильно моделировать условия кавитации, поскольку условия для возникновения кавитации не такие же, как те, которые требуются после того, как кавитация образовалась.Ньютон (1961) обсуждает влияние эффекта числа Фруда на возникновение концевой вихревой кавитации, из чего видно, что это существенно. Следовательно, при проведении исследований начала кавитации для гребных винтов следует моделировать правильное число Фруда. Чтобы улучшить моделирование поля давления на диске гребного винта, Ньютон предлагает использовать номинальное число кавитации на основе положения 0,7 R в положении верхней мертвой точки.

Стенки кавитационного туннеля влияют на условия потока в испытательной секции.Если винт рассматривается как приводной диск, имеющий бесконечное количество лопастей, то поправки на влияние стенок туннеля могут быть рассчитаны для винта без кавитации с использованием метода Маккиннона Вуда и Харриса (1920). Ван Манен показал, что, если рассматривать конечное число лопастей, это влияние пренебрежимо мало для нормального отношения площади диска гребного винта к поперечному сечению туннеля. Однако эквивалентные и подтвержденные поправки для кавитирующих гребных винтов еще не введены.Кавитация, испытываемая гребным винтом в различных положениях в диске гребного винта, в основном зависит от скорости притока и, следовательно, косвенно, от моделирования следового поля. Используются многие методы моделирования следового поля судна. Самым простым из них является использование проволочного калибра, называемого экраном следа, расположенного перед гребным винтом. Конструкция экрана пробуждения выполняется методом проб и ошибок в попытке имитировать требуемые поля пробуждения. Более предпочтительным подходом является использование манекена, состоящего из передней части и кормовой части с укороченной параллельной средней частью тела.Это обеспечивает общий характер поля следа, и «точная настройка» выполняется с помощью упрощенного экрана следа, прикрепленного к корпусу манекена. В некоторых институтах теперь можно использовать полную модель корпуса в кавитационной установке.

Однако, представляя измеренное номинальное поле в следе модели, решается только часть проблемы притока, поскольку необходимо учитывать как масштабные эффекты в следе судна, так и эффекты индукции гребного винта, как описано в главе 5. Как следствие эти другие эффекты должны быть учтены, если правильное представление поля скорости притока должно быть правильно смоделировано: методы для этого, однако, все еще могут рассматриваться только как предварительные.

Как уже обсуждалось, важным аспектом является содержание ядер в воде. Хотя традиционным способом измерения общего содержания газа в кавитационном туннеле является метод ван Слайка, существуют различные средства, с помощью которых можно измерить содержание зародышей; их можно разделить на два основных типа. В первом случае образец воды берется из основного потока и подвергается кавитации, тем самым предоставляя информацию о склонности жидкости к кавитации. Ко второму типу относятся методы, использующие голографические методы и методы светорассеяния и дающие информацию о самом распределении ядер.Примером первого типа метода является пропускание воды из туннеля через стеклянную трубку Вентури, давление которой отрегулировано таким образом, что ограниченное количество пузырьков взрывается в горловине трубки Вентури, причем взрывы пузырьков ограничиваются порядка 20 в секунду. Обнаружение пузырьков, проходящих через трубку Вентури, осуществляется оптическими средствами. Что касается второй группы методов, голографический метод различает частицы и пузырьки и, следовательно, может рассматриваться как абсолютный метод.Кроме того, он чрезвычайно полезен для целей калибровки. Однако анализ голограмм утомителен и, следовательно, делает метод менее полезным для рутинной работы. Что касается методов светорассеяния, они значительно улучшились с середины 1920-х годов, и их надежность для повседневных измерений теперь достаточна для практических целей. Mées et al. (2010a, b) провели сравнение трех методов измерения ядер и представили сравнение цифрового метода онлайн-голографии, метода интерферометрической лазерной визуализации и метода Вентури.Было обнаружено, что, хотя последний метод дает непосредственно информацию о критическом давлении воды, интерферометрический процесс может предоставить полезную альтернативу, которую можно адаптировать к очень маленьким размерам пузырьков, <100 мкм.

Наука, или искусство, кавитационные испытания моделей гребных винтов была инициирована сэром Чарльзом Парсонсом в его попытках решить проблемы кавитации на своем прототипе паровой турбины судна Turbinia . Он построил первый кавитационный туннель, рис.9.39, из медной трубы прямоугольного сечения однородного сечения. Этот канал был сформирован в виде «овала», чтобы образовать замкнутый контур с большой осью порядка 1 м. Вал винта вставлялся горизонтально через сальник в верхней конечности и приводился в движение извне, сначала небольшой вертикальной паровой машиной, а затем электродвигателем. Внутри туннеля Парсонс установил окна по обе стороны от туннеля, и плоское зеркало было прикреплено к удлинению вала, которое отражало свет от дуговой лампы, чтобы освещать пропеллер модели в течение фиксированного периода времени при каждом обороте.Диаметр гребного винта составлял 2 дюйма, а кавитация начиналась примерно при 1200 об / мин. При строительстве туннеля Парсонс признал важность статического давления и предусмотрел снижение атмосферного давления с помощью воздушного насоса, чтобы можно было наблюдать кавитацию при более низких скоростях вращения. Этот предшественник современного кавитационного туннеля, построенный в 1895 году, сегодня находится в рабочем состоянии на факультете морских технологий Университета Ньюкасл-апон-Тайн. Его часто цитируют рядом с нынешними объектами университета, и, таким образом, он дает интересный контраст в развитии событий, имевших место за прошедшие годы.Осознавая ограничения своего первого туннеля, в 1910 году Парсонс построил более крупный объект в Уоллсенде, Англия, на котором он смог испытать модели пропеллеров диаметром до 12 дюймов (рис. 9.40). Туннель, который представлял собой закрытый трубопровод, имел рабочее поперечное сечение размером 0,7 м × 0,76 м, а расход в испытательной секции регулировался циркуляционным насосом с регулируемой скоростью. Модель винта была установлена ​​на динамометре, который мог измерять тягу, крутящий момент и скорость вращения.В отличие от своего предшественника, этот тоннель не сохранился до наших дней.

Рис. 9.39. Первый кавитационный туннель, построенный сэром Чарльзом Парсонсом.

Рис. 9.40. Второй туннель, построенный сэром Чарльзом Парсонсом в Уолсенде.

В последующие годы было построено несколько кавитационных установок в Европе и США. В 1929 году в Модельном бассейне Дэвида Тейлора был построен туннель, в котором можно было испытывать винты диаметром 12 дюймов. За этим последовало, например, строительство объектов в Гамбурге, Вагенингене, Массачусетском технологическом институте и Хасларе в Соединенном Королевстве.

Сегодня есть то, что можно назвать традиционными кавитационными туннелями, и новое поколение больших туннелей, которые строятся по всему миру. Типичным из традиционных туннелей, традиционным по своим размерам, является туннель, показанный на рис. 9.41. Эти туннели обычно устанавливаются в вертикальной плоскости и образуются из закрытого рециркуляционного трубопровода, имеющего регулируемую скорость и допустимое давление. Типичными диапазонами скорости и давления для туннелей такого типа являются скорости до 10–11 м / с и диапазоны давления 10–180 кПа, что дает возможность числа кавитации в диапазоне 0.2–6.0.

Рис. 9.41. Типичный современный кавитационный тоннель.

(Воспроизведено с разрешения Kuiper, G., 1981. Начало кавитации на моделях корабельных гребных винтов (Publ. No. 655), NSMB.) устанавливается в корпус туннеля в соответствии с конкретными требованиями измерительного задания. Одним из таких объектов является объект, принадлежащий SSPA, в котором количество тестовых разделов может быть изменено от 2 до 2.5–9,6 м, что позволяет встраивать модели корпуса в объект. Очевидно, что в таких кавитационных туннелях максимальная скорость, достигаемая в рабочей секции, зависит от корпуса испытательной секции, развернутого для измерения.

Для удовлетворения растущих требований морских гидродинамических исследований и требований к дизайну современных торговых судов, появляется новое поколение больших кавитационных туннелей; сооружения построены в США, Германии, Франции.На рис. 9.42 показан Большой туннель Hydrodynamique, расположенный в Ле-Валь-де-Рей, Франция, и принадлежащий Bassin d’Essais des Carenes de Paris. Этот туннель имеет две параллельные испытательные секции: большая из двух имеет поперечное сечение 2,0 м × 1,35 м и длину 10 м, а меньшая часть имеет квадратное сечение 1,14 м и длину 6 м. Большая и меньшая секции могут дать максимальную скорость потока 12 и 20 м / с соответственно, а большая часть может использоваться как свободная поверхность или как полностью погруженная испытательная секция.На рис. 9.42 большой бак, расположенный ниже по потоку, используется для удаления воздуха, образующегося в испытательной секции или нагнетаемого в нее. Этот резервуар имеет общий объем 1600 м ³ и может удалять воздух из дисперсий с содержанием пустот до 10%. Пузырьки размером более 100 мкм не могут проходить через резервуар при максимальной скорости потока. В этой установке концентрации ядер кавитации автоматически контролируются генераторами ядер и измерительными системами. В дополнение к большему резервуару, расположенному ниже по потоку, резорбер диаметром 5 м гарантирует, что никакие ядра не возвращаются в испытательную секцию после одного оборота, а для уменьшения шума потока скорость воды поддерживается ниже 2.5 м / с, за исключением тестового участка. Второй крупный европейский объект, построенный в Германии на HSVA и названный HYKAT, был сдан в эксплуатацию и имеет размеры рабочего участка 2,8 м × 1,6 м × 11,0 м с максимальной скоростью потока 12,6 м / с. Помимо возможности вставлять в туннель полные модели корпуса буксирного бака, одним из основных преимуществ этих более крупных туннельных сооружений является их бесшумная работа, что открывает большие возможности для измерения и исследования шума. На рис. 9.43, взятом из данных, предоставленных Wietendorf и Friesel для различного содержания водяного газа, показаны измеренные уровни фонового шума HYKAT по сравнению с обычными туннелями.

Рис. 9.42. Grand Tunnel Hydrodynamique (GTH).

(Предоставлено DCN.)

Рис. 9.43. Сравнение уровней фонового шума объекта HYKAT с другими туннелями.

Другой объект в США, известный как Большой кавитационный канал (LCC) и управляемый DTRC, имеет рабочую секцию с поперечным сечением порядка 3 квадратных метров.

Помимо кавитационных туннелей, существуют также разгерметизированные буксирные цистерны, которые, по сути, представляют собой обычные буксирные цистерны, содержащиеся в бетонном сосуде высокого давления, который может быть откачан для снижения внутреннего давления воздуха.Эта возможность сброса давления имеет серию воздушных шлюзов, позволяющих персоналу путешествовать с тележкой для проведения наблюдений. Такие объекты принадлежат CSSRC в Китае и MARIN в Нидерландах: эта последняя возможность имеет размер резервуара 240 м × 18 м × 8 м и была разработана для вакуумирования до давления 0,04 атм примерно за 8 часов. Буксирный бак без давления позволяет проводить испытания при правильном числе Фруда, числе кавитации и коэффициенте опережения. Кроме того, как и в случае с большим и переменным кавитационным оборудованием испытательной секции, обтекание всего корпуса модели значительно помогает в моделировании притока в гребной винт, хотя масштабные эффекты в следе все еще присутствуют.В устройстве без давления эффекты свободной поверхности легко моделируются, а границы резервуара сравнительно удалены от модели.

В кавитационных установках по всему миру, несколько примеров которых приведено выше в целях иллюстрации, существует несколько возможностей измерения и визуализации для различных измерений, связанных с кавитацией. Основной метод наблюдения за кавитацией — стробоскопическое освещение. Схема стробоскопического освещения запускается от скорости вращения вала гребного винта модели вместе с множителем и регулировкой фазы для учета различий в количестве лопастей и положении вокруг диска.Традиционный метод регистрации кавитации заключается в использовании эскиза кавитации, рис. 9.44, который представляет собой интерпретацию экспериментатором типа и степени кавитации, наблюдаемой в различных положениях лопасти вокруг диска гребного винта. Во многих случаях этот метод был заменен или дополнен использованием фотографий, сделанных при стробоскопическом освещении или с помощью видеокамер, причем последнее особенно полезно. На рис. 9.9 показаны типичные неподвижные изображения из экспериментов с кавитационным туннелем. Развитие компьютерных технологий сделало возможным наложение изображений кавитации из видеозаписи и информации о давлении на поверхность корпуса, измеренном на модели.Savio et al. (2009) представили разработку лазерной технологии стереоизображения для исследования кавитационных структур. Компьютерная техника сконфигурирована для создания трехмерных представлений структур полости.

Рис. 9.44. Типовой эскиз кавитации.

За прошедшие годы было предпринято несколько попыток качественно предсказать кавитационную эрозию с использованием методов «мягкой поверхности», которые применяются к поверхности лезвия: типичной для этой работы является работа Эмерсона (1975), Линдгрена и Бьярна (1976), и Кадои и Сасадзима (1978).Используемые техники основаны на нанесении морской краски, мягкого алюминия и трафаретных чернил. ITTC предложила использовать последний. Однако следует проявлять осторожность при интерпретации результатов как с точки зрения используемой поверхности, так и с точки зрения образования кавитации в масштабе модели из-за различных масштабных эффектов. В настоящее время этот метод имеет относительно хороший опыт корреляции для гребных винтов, но в меньшей степени для рулей.

В настоящее время проводятся исследования по использованию сонолюминесценции в исследованиях кавитации.Сонолюминесценцию обычно приписывают высоким внутренним температурам, возникающим из-за поведения постоянного газа и пара, которые удерживаются внутри схлопывающегося кавитационного пузыря.

В последние годы было выполнено несколько натурных наблюдений кавитации. Для этого требуется либо размещение смотровых окон в корпусе, обычно в нескольких местах, либо использование бороскопов, как описано в главе 17.

Типы, профилактика и их применение

Кавитация в насосе может образовываться из-за взрыва пузырька пара внутри насоса.Эти пузырьки занимают пространство внутри насоса, поэтому это может повлиять на рабочее давление, а также на расход насоса. Когда пузырьки расширяются вместо того, чтобы нести больше жидкости в насос, тогда энергия двигателя может быть потрачена впустую в областях с низкой мощностью насоса. Когда пузырьки текут в области высокого давления насоса, энергия двигателя может быть потрачена впустую из-за уменьшения пузырьков вместо расширения жидкости из насоса. Пузырьки пара могут упасть вниз, когда они перетекают из области низкого давления в область высокого давления внутри насоса.Таким образом, жидкость ударяется о металлические части со скоростью звука. Звук, производимый пузырьками газа, ударяется о металлические части внутри насоса, издает звуки, похожие на звуки камней и качения шариков.

Что такое кавитация насоса?

Кавитация в насосе может быть определена как образование пузырька пара внутри насоса, в противном случае — полости в жидкости вокруг рабочего колеса при низком давлении. Когда пузырьки в насосе схлопываются, активируются сильные ударные волны внутри насоса, что приводит к серьезным травмам рабочего колеса насоса.

Существует множество причин возникновения кавитации в насосе, в том числе отказ рабочего колеса, чрезмерная вибрация и уменьшение потока, превышающее требуемое использование мощности, повышение температуры, увеличение скорости жидкости, нежелательные условия потока жидкости, вызванные препятствиями и уменьшенным потоком. или сила.

Типы кавитационных насосов

Существует два типа кавитации насоса: кавитация на всасывании и кавитация на нагнетании.

всасывание-кавитация-нагнетание-кавитация

1).Всасывающая кавитация

Всасывающая кавитация возникает, когда насос находится ниже низкого давления, в противном случае — в условиях высокого вакуума. Когда насос не получает достаточного потока жидкости, то в противном случае на ушке рабочего колеса образуются полости. Когда пузырьки переходят на поверхность выталкивания насоса, состояние жидкости изменяется, уменьшая пузырь в направлении жидкости и вызывая его схлопывание рядом с поверхностью рабочего колеса.

Рабочее колесо стало жертвой всасывающей кавитации, которая будет включать огромные куски, в противном случае пропадут очень мелкие кусочки материала, из-за чего она будет выглядеть как губка.Этот тип кавитации может быть вызван некоторыми причинами, в том числе следующими.

• Фильтры засорены, иначе сетчатые фильтры
• Препятствие в трубе
• Насос работает слишком далеко, точно по кривой насоса
• Неудовлетворительная конструкция трубопровода
• Плохое всасывание

2). Вытяжная кавитация

Кавитация нагнетания возникает, когда сила выталкивания насоса очень велика. Поскольку давление вытеснения высокое, поток жидкости будет трудно вытекать из насоса. Таким образом, он течет внутри насоса между крыльчаткой и корпусом с чрезвычайно высокой скоростью, что вызовет разрежение в разделителе корпуса и корпусе. образование пузыря.

В этом типе кавитации схлопывание пузырьков активирует сильные ударные волны, которые вызывают корпус насоса и концы крыльчатки. Тогда этот вид кавитации является причиной того, что вал рабочего колеса в сторону разрыва. Этот тип кавитации может быть вызван некоторыми причинами, в том числе следующими.

• Препятствие в трубе на стороне выброса
• Сетчатые фильтры иначе засоренные фильтры
• Насос работает слишком далеко, точно по кривой насоса
• Неудовлетворительная конструкция трубопровода

Признаки кавитации

Каждый раз, когда возникает какая-либо механическая или структурная проблема, очень важно поддерживать надежный процесс проверки работы насоса, чтобы распознать преждевременные предупреждения о кавитации.Следующие один или несколько симптомов могут вызвать кавитацию.

• Шум
• Пониженный расход иначе сила
• Отказ подшипника или уплотнения
• Непредсказуемое потребление энергии
• Постепенное разрушение крыльчатки
• Внезапные колебания

Предотвращение кавитации

Если насосы сталкиваются с проблемами кавитации, то их можно предотвратить, используя следующие методы.

• Проверьте фильтры, а также сетчатые фильтры один раз, потому что они блокируют всасывание, в противном случае на стороне выпуска может возникать неравномерность силы внутри насоса
• Упомяните кривую насоса, используя манометр и расходомер для распознавания насоса, работающего по кривой, и подтвердите его функциональность с максимальной эффективностью.
• Пересмотрите конструкцию трубы, убедившись, что линия потока жидкости от вашего насоса идеально подходит для условий работы насоса.

Насос Кавитация NPSH Formula

Полная форма NPSH — это чистый положительный напор на всасывании, и его можно определить как основное несоответствие между уровнем давления на входе, а также самым низким уровнем давления в насосе. В первичной части насоса сила уменьшается до того, как она усиливает поверхность выталкивания в направлении более высокого уровня, чем сила всасывания.

Формула для расчета чистого положительного напора на всасывании (NPSH):

NPSH = PT-Pv / ρg

Где,

PT = Общее давление на входе
Pv = Давление пара жидкости
Ρ = плотность
G = ускорение свободного падения.

Таким образом, все дело в кавитации насоса. Как только можно будет предотвратить кавитацию, можно увеличить срок службы, а также эффективность насоса. Профилактика кавитации стоит тысячи процедур.Итак, обратите внимание на неисправный насос, прежде чем он превратится в основную проблему, потратив время на поддержание работы насоса в течение длительного времени. Вот вам вопрос, какие бывают типы кавитации?

Типы кавитации насосов

By «Apollo» Valves

10 июля 2018 г.

Кавитация — одна из наиболее частых проблем центробежных насосов. Если вы слышите чрезмерный шум от помпы во время использования, велика вероятность, что причина кроется в кавитации.Кавитация может быть дорогостоящей и разрушительной, поскольку приводит к высокому потреблению энергии и повреждению насоса, когда его не контролируют.

Что такое кавитация насоса?

Кавитация — это просто образование и нарастание пузырьков или полостей в жидкости, транспортируемой через насосную систему или вокруг нее. Пузырьки образуются в областях с относительно низким давлением вокруг рабочего колеса насоса, и когда эти крошечные пузырьки лопаются, они вызывают сильные ударные волны, вызывающие вибрацию в насосе.Из-за большого количества пузырьков, которые создают эти ударные волны, могут возникнуть значительные повреждения и преждевременный износ рабочего колеса и других частей насоса, таких как его корпус и уплотнения.

Типы кавитации насоса

Существует несколько распространенных способов возникновения кавитации в насосе, поэтому важно учитывать их при рассмотрении способов уменьшения проблемы.

1. Испарение

Это наиболее распространенная форма кавитации в насосах. Она также известна как «классическая кавитация» и возникает, когда насос воздействует на жидкость со скоростью, проходя через отверстие рабочего колеса, которое не работает должным образом.Когда это происходит, часть этой жидкости испаряется, что приводит к образованию кавитационных ударных волн.

2. Синдром Вейна

Этот тип кавитации также называется синдромом лопаточного прохода. Это происходит, когда рабочее колесо имеет намного больший диаметр, чем требуется, или когда на корпусе очень толстое покрытие. Оба эти условия создают меньше места внутри корпуса, что приводит к увеличению скорости жидкости. Тогда высокая скорость жидкости приводит к низкому давлению, которое нагревает жидкость и вызывает образование кавитационных пузырьков.

3. Турбулентность

Если части системы, такие как клапаны, трубы и фильтры, не соответствуют требованиям или не подходят для перекачиваемой жидкости, жидкость может стать нестабильной из-за разницы давлений в системе. Эта турбулентность приводит к созданию ударных волн и вибраций, которые со временем разъедают твердые материалы.

4. Внутренняя рециркуляция

При этом типе кавитации насос не может нагнетать с требуемой скоростью, и это приводит к рециркуляции жидкости вокруг рабочего колеса.Жидкость встречает перепады давления в системе, что приводит к нагреву и высокой скорости, что вызывает образование испаренных пузырьков.

5. Кавитация при аспирации воздуха

Эта форма кавитации возникает, когда воздух всасывается в насосную систему через такие слабые места, как уплотнительные кольца или изношенные клапаны. Когда воздух попадает в систему, у него нет другого выхода, и в результате в жидкости образуются пузырьки. Когда пузырьки лопаются из-за давления крыльчатки, возникает кавитация.

Кавитация и ее типы — Blending.GlobeCore.com

Гидродинамическая кавитация — это процесс образования полостей (пузырьков), заполненных газом и паром, растворенными в жидкости. Полости появляются, когда жидкость обтекает препятствия или наоборот, препятствия (лопасти) движутся в жидкости.

Полости взрываются крошечными пузырьками, которые при определенных условиях могут лопнуть. Лопнувшие пузырьки сбрасывают локальное давление до 103 Па, с последующим образованием струи 700-800 м / с и локальной энергией, генерируемой на уровне 10 кВт / м3.

Кавитация разрушает все, никакой материал не может ей противостоять. Поэтому процессы диспергирования, эмульгирования, активации, дробления, разделения, смешивания, выработки энергии, интенсификации технологических процессов выполняются с минимальными затратами энергии.

Кавитационные устройства основаны на процессах гидродинамической кавитации, эффективного перемешивания, активации, диспергирования и гомогенизации. Это оборудование нового поколения, значительно интенсифицирующее и ускоряющее процессы в жидких средах, значительно снижая стоимость энергии и ресурсов.

Эти устройства можно классифицировать по режиму работы, входу и выходу газовой фазы, типу конструкции и свойствам, а также типам процесса кавитации, который может быть естественным и искусственным. Естественная кавитация возникает в жидкостях, когда давление падает ниже давления пара. Он создает полости и кавитационные пузыри в жидкости, заполненной паром и диффузными газами.

Естественная кавитация характеризуется двумя фазами: начальной пузырьковой кавитацией и колебанием пузырьков.

Пузырьковая кавитация имеет кавитационное поле с зоной низкого давления, заполненной кавитационными пузырьками в кластерах, и зону высокого давления, где кавитационные пузырьки разрушаются, образуя микропоток со скоростью 50-1500 м / с и давлением 102 МПа. .

Пузырьки колеблются и медленно растут в размере или форме, превышая размер кавитатора в 1–5 раз и более. Импульс давления вызывает периодический рост и схлопывание кавитационных пузырьков. Режим колебаний пузырька широко используется в процессах смешения, дегазации, испарения и контактного нагрева.

Искусственная кавитация возникает за счет выпуска газа из потока жидкости. Газ создается под давлением.

Искусственная кавитация характеризуется двумя типами утечки газа: пульсирующей или порционной утечкой и постоянной утечкой газа с непрерывным потоком газа. Режим искусственной кавитации используется для аэрации сточных вод, для смешения газа и жидкости, для контактной теплопередачи, флотации, также используется в эжекторном оборудовании.

При естественной кавитации давление в полости равно давлению пара жидкости при постоянной температуре жидкости.При искусственной кавитации давление в полости создается за счет усиленной утечки газа. Оно всегда выше давления пара. Это позволяет моделировать кавитацию в широком диапазоне, например, увеличение потока жидкости вызовет кавитацию на стенках полости.

Что такое кавитация? — Определение из Corrosionpedia

Что означает кавитация?

Кавитация — это образование полостей в паровой фазе или пузырьков в жидкости, обычно из-за быстрых изменений локального давления.Различные механические детали, такие как насосы, регулирующие клапаны и гребные винты, могут вызывать кавитацию.

Есть два типа кавитации:

1. Инерционная кавитация — это образование паровых полостей, которые быстро схлопываются, вызывая ударную волну.
2. Неинерционная кавитация — это колебание размера и формы паровых полостей.

Наиболее важным аспектом кавитации являются ударные волны, которые образуются при инерционной кавитации.Эти ударные волны могут вызывать различные виды повреждений, такие как кавитационное повреждение, износ и коррозия. Чтобы избежать разрушительных аспектов кавитации, морские механические части и компоненты потока жидкости должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать образование кавитации.

Corrosionpedia объясняет кавитацию

Кавитация возникает, когда в области текучей среды происходит падение давления до точки ниже давления пара текучей среды при текущей температуре.В этот момент происходит изменение состояния с жидкости на газ, создавая пузырь. Падение давления может быть достигнуто множеством способов, включая ускорение жидкости, как в водопаде или гребном винте, или путем воздействия на жидкость подводимой энергии, такой как лазерные импульсы, электрические разряды или акустические поля.

После создания полостей пузырьки низкого давления не могут поддерживать свою форму, потому что они окружены жидкостью под более высоким давлением, и впоследствии они схлопываются.Коллапс пузыря вызывает повышение давления и нагрев газа внутри, и образуется ударная волна с высоким давлением и температурой. Также могут образовываться шум и свет. Поскольку механические детали могут вызывать кавитацию, эти ударные волны могут возникать вблизи поверхности детали, вызывая повреждения и точечную коррозию. Рваная поверхность вызывает большую турбулентность жидкости и, в свою очередь, вызывает большую кавитацию. Таким образом, кавитация постоянно повреждает поверхность и способствует коррозии металла.

Учитывая опасность кавитации, инженеры создали методы, позволяющие уменьшить ее возникновение и продлить срок службы механических частей.Один из вариантов — перепроектировать компоненты с наибольшим риском на основе огромных перепадов давления и высоких температур. В некоторых случаях разница между статическим давлением и давлением испарения может быть увеличена, что снижает вероятность достижения жидкостью давления испарения и образования пузырьков низкого давления. Наконец, размещение механических компонентов в более холодных областях системы или снижение температуры системы снижает вероятность кавитации, поскольку давление пара зависит от температуры.

Введение в кавитацию гребного винта

Особая статья, написанная Eur. Ing. Джеффри Кашиани-Вуд HonFIIMS

По мере того, как гребной винт вращается, он поглощает крутящий момент, развиваемый двигателем при заданных оборотах, т. Е. Передаваемую мощность в лошадиных силах, и преобразует его в тягу, которая, в свою очередь, толкает судно через воду. Согласно закону Бернулли, прохождение судна на подводных крыльях (секции лопасти гребного винта) через воду вызывает положительное давление на лицевую сторону лопасти и отрицательное давление на ее спину.Именно разрешение давления приводит к требуемому крутящему моменту и развитию тяги гребного винта. Из-за отрицательного давления любой газ в растворе в воде превращается в пузырьки, похожие на те, которые появляются при открытии бутылки лимонада или шампанского. Эти пузырьки схлопываются и могут вызвать ударные нагрузки, подобные молотку, на лезвия, часто превышающие 7 кг / см2. Именно схлопывание этих пузырьков приводит к наблюдаемым повреждениям поверхностей лопастей гребного винта.

Отношение потребляемой мощности или передаваемой тяги к общей площади лопастей гребного винта называется, соответственно, мощностью и осевой нагрузкой.Если любое из этих значений превышает определенное значение, которое зависит от сложной взаимосвязи между типом гребного винта, потоком, в котором он работает, и его средней глубиной под водой относительно его диаметра, тогда структура потока воды над лопастями гребного винта нарушается, вызывая серьезная потеря тяги и, в конечном итоге, физическое повреждение поверхности лопастей гребного винта, а также руля направления и местных стальных конструкций корпуса судна. Это нарушение потока называется кавитацией и строго аналогично гидравлическому удару, который часто слышен в старых водопроводных системах.Кавитация — очень сложное явление, и язвенное повреждение, которое она вызывает, обычно — но не обязательно — проявляется на тыльной стороне лезвия по четкому радиальному рисунку. Это также может проявляться в виде аналогичного повреждения ведущей поверхности винта, и в этом случае почти наверняка возник еще один фактор в виде неправильного распределения шага по длине лопасти. Большинство гребных винтов малых судов обычно имеют постоянный шаг по длине лопасти, и этот режим достаточно точен для 99% лодок, но на высокоскоростных лодках с большими коэффициентами нагрузки гребного винта шаг должен изменяться по длине лопасти i.е. лодка должна быть оборудована гребным винтом переменного шага. Эффекты кавитации, включая потерю скорости и повреждение лопастей гребного винта, могут быть минимизированы путем обеспечения достаточной площади лопастей гребного винта по сравнению с площадью круга, описываемого кончиками лопастей гребного винта.

Часто говорят, что кавитация аналогична кипению, при этом первая происходит при постоянной температуре окружающей среды, а вторая — обычно при постоянном давлении окружающей среды. Хотя разрушительный потенциал схлопывающихся пузырьков пара обычно представляет основной интерес для морского инспектора малых судов, ему также следует иметь в виду, что существуют также важные проблемы шума и вибрации из-за давления излучения, которые необходимо учитывать и принимать во внимание.Обычно обнаруживается, что явления, возникающие при кавитационной атаке, зависят от типа кавитации, ее близости к поверхности воды и скорости изменения объема полости. Морской инспектор также должен знать, что когда водяные полости резко разрушаются, местная температура в непосредственной близости от полости также может измениться. Экспериментально было обнаружено, что с мягкой сталью температуры около полости локально повышались до 400 ° C, когда образец был глубоко погружен в воду с постоянной температурой окружающей среды всего 25 ° C.Тщательный осмотр металлической поверхности на предмет серьезных кавитационных повреждений также может выявить оттенки цвета из-за закалки металла. Разные металлы обладают разной устойчивостью к кавитации.

На рис. 1 показаны различные типы кавитации гребного винта.

Когда судно страдает кавитацией гребного винта, поверхность материала подвергается непрерывной бомбардировке со стороны поля колеблющегося давления. Материал гребного винта пластичен при нормальной температуре морской воды, и, как правило, первым признаком проблемы является так называемый эффект апельсиновой корки, когда поверхность претерпевает пластическую деформацию, делая ее похожей на поверхность знакомого фрукта.После этого предварительного этапа и в зависимости от серьезности атаки повреждение может прекратиться или продолжиться. Испытания на микротвердость как поврежденных, так и неповрежденных лезвий показывают, что в условиях кавитационного воздействия материал в слоях непосредственно под поверхностью деформируется и, следовательно, становится хрупким. Испытания показывают, что для неповрежденных лезвий наблюдается относительно небольшое изменение твердости непосредственно под поверхностью, вероятно, из-за процессов производства и отделки.Однако на поверхностях лопастей, которые подверглись кавитационному повреждению, быстрое изменение твердости может быть измерено в двух миллиметрах или около того, ближайших к области кавитационного воздействия. Таким образом, морской инспектор должен ожидать, что материал разрушится при кавитационной атаке и что разрушение будет содержать сильный элемент хрупкости. Эксперименты также показывают, что основное влияние на скорость эрозии и роста повреждений оказывает локальный электрический потенциал материала.

Существуют различные модели кавитации гребного винта, которые могут возникать на морском гребном винте, как показано на рисунке 1, и они обычно сгруппированы как:
• концевая вихревая кавитация
• пластовая кавитация
• облачная кавитация
• пузырьковая кавитация
• корневая кавитация
• торцевая кавитация
• бобышка вихревой кавитации

Некоторые из этих форм относительно безвредны, но другие могут быть очень агрессивными по своему воздействию на материал гребного винта.

Кавитация вихревого гребного винта на наконечнике возникает из-за низкого давления внутри вихрей, образующихся на концах лопастей. Кавитация вихря бобышки или ступицы обычно возникает из-за большого угла падения между направлением потока воды и передней кромкой лопасти на пути. Это может привести к тому, что внешний край лезвия будет выглядеть немного съеденным молью. Эта форма кавитации обычно проявляется первой, и на нее сильно влияют, среди прочего, радиальное распределение нагрузки на гребной винт, характер и изменение эффективного поля следа судна, в котором работает гребной винт, и местная конструкция наконечника лопасти. .Последнее особенно касается пропеллеров, работающих в соплах Корта. Когда винт имеет высокую, а иногда и умеренную степень перекоса, на внешних участках передней кромки лопастей могут также появляться завихрения, которые часто могут довольно агрессивно взаимодействовать с обычным завихрением на кончике лопастей. Вихри часто могут схлопываться на передней кромке руля направления или рулевом механизме, вызывая там сильную эрозию и точечную коррозию. Автор вспоминает один случай, когда после непродолжительного периода эксплуатации на всех четырех лопастях правого гребного винта двухвинтового судна появилась линия глубоких ямок, а левый гребной винт остался неповрежденным.Повреждение в конечном итоге было связано с вихрем, стекающим с глазка, который был случайно оставлен приваренным к снаряду.

Кавитация в пластине лопасти возникает, когда у передней кромки лопасти создается большое всасывающее давление, в результате чего задняя часть лопасти покрывается слоем пузырьков, и в значительной степени зависит от угла атаки секций лопасти гребного винта в зависимости от изменения поле следа, возникающее при вращении винта. Наибольшее снижение давления происходит на задней части лопасти, и именно здесь происходит большая часть листовой и пузырьковой кавитации, а высокие скорости наконечника увеличивают вероятность такой кавитации.Если лист относительно стабилен, вероятность повреждения лезвий меньше, чем если бы лист демонстрирует какую-либо форму нестабильности.

Облачная кавитация часто обнаруживается вблизи области обрушения кавитации листа и является чрезвычайно агрессивной из-за разрушающего воздействия схлопывания большого количества пузырьков, поэтому всегда следует обращаться с осторожностью и, по возможности, устранять.

Пузырьковая кавитация обычно возникает на средней хорде и обычно связана со слишком большой кривизной или изгибом секций лопасти.Его можно исключить, если есть подозрение на его наличие, еще на стадии проектирования.

На рисунке 2 показан типичный режим давления вокруг секции

лопасти морского гребного винта. Кавитация в корне может возникать в разное время вращения гребного винта, если циркуляция вокруг корневой части достаточно сильная и может быть достаточно агрессивной, чтобы вызвать эрозионное повреждение бобышки. При переходе корневых вихрей вниз по потоку за гребной винт они объединяются в бобышку вихря и часто имеют вид скрученного каната с количеством прядей, равным количеству лопастей.Если, как это обычно бывает на одновинтовых судах, руль направления находится непосредственно за гребным винтом, канат пузырьков может разрушиться, вызывая серьезные повреждения передней кромки руля направления или стойки руля.

Кавитация лобового винта возникает на ведущей поверхности гребного винта и часто возникает из-за неправильного распределения шага по длине лопасти, что приводит к слишком малому шагу вершины и возникновению в секциях лопастей отрицательного угла атаки. Его результаты часто встречаются на устройствах с регулируемым шагом.На одном чугунном винте, известном автору, такая лицевая кавитация привела к образованию отверстия прямо через каждую из четырех лопастей, через которое можно было провести рукой человека, чтобы пожать руку другому человеку, находящемуся по другую сторону гребного винта. В прошлом эта форма кавитации обычно считалась очень опасной, но недавние исследования показывают, что это не обязательно так. Тем не менее, по возможности, его следует либо избегать, либо уменьшать с помощью подходящего дизайна.

Связанное с этим явление называется кавитацией корпуса гребного винта и иногда возникает при низкой скорости в условиях высокой нагрузки, например, когда судно ускоряется из абсолютно медленного состояния.Это связано с тем, что в таких условиях гребной винт иногда не может набрать достаточно воды спереди, чтобы удовлетворить свою потребность в потоке, и вместо этого втягивает ее сзади. Наиболее пострадавшая область находится перед гребным винтом под дугой кормовой рамы, и это явление может привести к появлению небольших участков эрозии и ямок на корпусе. Обрушение пузырьков на кончике лопасти и корневые вихри часто могут приводить к кавитационному повреждению в виде ямок на передней кромке руля направления. Если во время испытаний гребной винт сильно кавитирует, возникающий в результате шум звучит так, будто гравий с силой бросается в нижнюю часть корпуса.

Винт считается полностью кавитационным, если вся его задняя часть покрыта кавитацией листа. Это явление также называется суперкавитацией и представляет собой совершенно новую игру с мячом.

Операция, типы, причины и методы профилактики

Первоначально предположение о кавитации было известно в период 1754 года Эйлером, а позже решение этой проблемы было представлено Генри Безантом в 1859 году. Торникрофт и Барнаби были людьми, которые наблюдали за этим явлением. сценарий кавитации на тыльной стороне лопастей гребного винта.В контексте инженерии кавитация насоса — это концепция, которую следует рассматривать в качестве первоочередной задачи, потому что, если ее оставить незамеченной, есть вероятность того, что машина будет испорчена или покажет другие виды повреждений. Итак, мы сделали статью, позволяющую людям узнать о том, что такое кавитация, ее причина и как ее решить?

Что такое кавитация насоса?

Определение: Кавитация в насосе — серьезная проблема, которая может даже привести к ухудшению качества насосных систем.По таким симптомам, как дополнительный шум, безусловная работа насоса и чрезмерное потребление энергии, можно понять, что причиной является кавитация насоса. Но при правильном уходе и содержании эту проблему можно просто предотвратить. Кавитация в насосе может быть представлена ​​как

Кавитация в насосе

Кавитация в насосе происходит из-за образования пузырьков воздуха в насосе, и это связано с субъективным снижением давления движущейся жидкости, которое создает полость в этом месте. Изменения давления в жидкости преобразуют жидкость в пар, и вращение рабочего колеса насоса снова превращает пар в жидкость.Таким образом, в пузырьках воздуха будет движение, которое увеличивает давление, и эти пузырьки мгновенно схлопываются. Распад пузырьков воздуха вызывает коррозию поверхности рабочего колеса, что приводит к повреждению насосной системы. Во время работы центробежных насосов возникает кавитация. Кавитация в насосах произошла, когда напор всасывающей части не выдерживает достаточного давления, чтобы выдерживать значения давления, превышающие давление пара, и приводит к уменьшению значения NPSH.

Причины кавитации в насосе

Существует несколько причин, вызывающих кавитацию в насосе, и они указаны ниже:

• Когда жидкость на всасывающей стороне насоса не в достаточной степени опережает давление пара жидкости в рабочих ситуациях , то это приводит к испарению жидкости и более вероятному образованию пузырьков воздуха, что вызывает кавитацию.
• Повышение температуры жидкости на всасывающей стороне насоса также увеличивает давление паров жидкости. Это, вероятно, приводит к снижению функционального давления ниже диапазона давления пара, и этот сценарий вызывает кавитацию и образование пузырьков воздуха.
• Увеличение скорости жидкости на стороне всасывания обычно вызывается увеличением расхода жидкости. В зависимости от принципа Бернулли скачок скорости жидкости соответствует большей скорости и меньшему напору.Снижение давления трения на стороне всасывания даже увеличивается с увеличением расхода, что снижает давление и вызывает кавитацию.
• Для центробежных насосов необходим удельный минимальный расход, чтобы они не высыхали, как показано на графике кавитации насоса. Когда поток жидкости выходит за пределы этого диапазона, вероятность кавитации увеличивается.
• Такие факторы, как машинная арматура, клапаны и препятствия, будут влиять на падение давления из-за трения на стороне всасывания насоса, что увеличивает объем кавитации.

причина кавитации

Предотвращение кавитации

Поскольку существуют различные виды кавитации, существуют даже различные методы предотвращения кавитации. Давайте обсудим типы предотвращения кавитации:

Для предотвращения кавитации испарения

• Повысьте уровень жидкости на всасывающей стороне насоса
• Увеличьте диаметр проушины в центре рабочего колеса
• Уменьшите диапазон температур жидкости, насоса и все остальное оборудование
• Вставьте подкачивающий насос внутрь системы, который снизит уровни деформации основного насоса

Чтобы предотвратить кавитацию турбулентности

• Увеличьте размер всасывающей линии насоса, чтобы уменьшить коэффициент турбулентности
• Убедитесь, что все компоненты функционируют должным образом, поскольку это может снизить напряжение потока жидкости и объема.

Чтобы предотвратить кавитацию внутренней рециркуляции

• Увеличьте значение ограниченного нагнетания насоса и узнайте, нет ли каких-либо засоров внутри насоса
• Очистите выходной фильтр или любые остатки мусора
• Убедитесь, что клапан вставлен правильно, так как это распространенная ошибка, с которой сталкиваются многие системы.
• Узнайте, находится ли нагнетательный клапан в открытом или закрытом положении.
• Выполнение всех вышеперечисленных операций с насосом может предотвратить кавитацию и продлить срок службы.

Типы кавитации

Ниже приведены основные и наиболее часто встречающиеся типы кавитации. Более важно знать точный тип кавитации, чтобы можно было легко узнать о ее предотвращении.

Испарение

Это также называется недостаточным NPSHa или классической кавитацией. Это происходит, когда центробежный насос воздействует на жидкость со скоростью, протекающей через проушину рабочего колеса. При неправильном функционировании крыльчатки жидкость может закипеть, что приведет к образованию мелких пузырьков воздуха.

Турбулентность

Когда деталей насоса, таких как колена, трубы и фильтры, недостаточно для перекачиваемой жидкости, это может указывать на вероятность создания вихрей. Это заставляет жидкость становиться турбулентной и испытывать колебания давления, что создает кавитацию.

Лопаточный синдром

Эта кавитация возникает, когда диаметр крыльчатки большой или когда покрытие поверхности слишком толстое. Все это увеличит скорость жидкости, и это приведет к снижению давления.Минимальное давление увеличивает нагревательные свойства жидкости и, таким образом, создает кавитацию.

Внутренняя рециркуляция

Здесь скорость нагнетания неправильная, и, таким образом, жидкость рециркулирует по всему рабочему колесу. Движение жидкости через места максимального и минимального давления приводит к выделению тепла и увеличению скорости, в результате чего конечным результатом будут пузырьки горячего воздуха (кавитация).

Кавитация при аспирации воздуха

Это наиболее распространенная форма кавитации, при которой воздух в некоторых случаях всасывается в насос через уплотнительные кольца или сжимающиеся клапаны.Когда воздух всасывается, он не может выйти наружу, это создает пузырьки воздуха и, следовательно, кавитацию.

Кавитация на нагнетании

Эта кавитация имеет место, когда давление нагнетания чрезмерно высокое или меньше 10% от BEP. Значения экстремального давления создают проблематичную ситуацию для выхода жидкости, и поэтому она будет рециркулировать по всему насосу. Рециркуляция жидкости между рабочим колесом и корпусом создает пространство и образуются пузырьки.

При всасывающей кавитации схлопывание пузырьков вызывает образование огромных ударных волн, вызывая преждевременный износ корпуса и рабочего колеса.В крайнем случае, этот тип кавитации может вывести из строя вал крыльчатки.

Всасывающая кавитация

Также называется классической кавитацией, которая возникает при минимальном давлении или экстремальном вакууме. Перекачиваемая жидкость перемещается в центробежный насос, что снижает давление. В некоторых ситуациях экстремальные уровни давления позволяют жидкости испаряться, когда местные значения давления ниже, чем давление насыщения для перекачиваемой жидкости. У проушины рабочего колеса образуются пузырьки воздуха, и, следовательно, эти пузырьки будут двигаться в направлении максимального давления.Это вызывает серьезные разрушения всех частей насоса.

Причины возникновения кавитации на всасывании:

• Движение насоса очень далеко от кривой насоса
• Засорение в трубах
• Заблокированные сетчатые фильтры или фильтры

Кавитация насоса Формула NPSH

NPSH — это Чистый положительный напор на всасывании, где он указан как критическая разница между значениями давления на входе вместе с минимальными значениями давления внутри насоса.На первичной стороне насоса давление снижается до того, как поверхность взрыва увеличится до максимального уровня, чем давление на входе.

графическое представление кавитации

NPSH рассчитывается как

NPSH = PT — Pv / ρg

Где PT соответствует общему входному давлению
Pv соответствует давлению паров жидкости
P ‘представляет собой плотность
‘ G ‘ускорение свободного падения

FAQs

1). Как исправить кавитацию в насосе?

Каждый вид кавитации имеет свой метод фиксации, и основной способ избежать кавитации — это использовать хорошую производственную конструкцию.

2). Как можно немедленно, но временно уменьшить кавитацию?

Временное и немедленное устранение кавитации необходимо для уменьшения скорости двигателя и включения индуктора рабочего колеса.

3). Как создать кавитацию?

При резком сокращении жидкости возникает кавитация

4). Что вызывает кавитацию в гидравлической системе?

Кавитация в гидравлической системе соответствует образованию и разрушению пузырьков пара.