ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кавитация в гидравлических машинах из "Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах" Кавитация представляет собой процесс нарушения сплошности потока жидкости, который происходит в тех участках потока, где местное давление, понижаясь, достигает некоторого критического значения. Этот процесс сопровождается образованием большого количества пузырьков, наполненных преимуш,ественно парами жидкости, а также газами, выделившимися из раствора. Образование пузырьков имеет много общего с кипением жидкости, в связи с чем эти два процесса часто отождествляют, а в качестве критического давления, при котором начинается кавитация, рассматривают давление насыщенных паров жидкости при данной температуре. Находясь в области пониженного давления, пузырьки растут и превращаются в большие кавитационные пузыри-каверны. Затем пузыри уносятся потоком в область с давлением выше критического, где происходит их разрушение. Таким образом, в потоке создается довольно четко ограниченная кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Разрушение кавитационных пузырей происходит с очень большой скоростью и сопровождается своего рода гидравлическим ударом. Наложение большого числа таких ударов приводит к появлению характерного шипящего звука, который всегда сопутствует кавитации. [c.7] Явление кавитации очень хорошо демонстрируется на примере протекания воды через стеклянную трубу с местным сужением (расходомер Вентури, сопло). Постепенное увеличение расхода приводит к тому, что при достаточно большой скорости течения давление в сужении падает до критического значения. [c.7] Первоначально кавитация проявляет себя в виде неустановив-шейся кольцеобразной кавитационной зоны, которая, из-за некоторой пульсации давления, периодически возникает и исчезает с довольно большой частотой (фиг. 1, а). Дальнейшее увеличение расхода приводит к тому, что кавитационная зона становится устойчивой и увеличивается в объеме за счет удлинения в направлении течения потока и за счет распространения вглубь к центру потока (фиг. 1,6). [c.7] В качестве третьего примера на фиг. 2 приводится фотография потока в рабочем колесе центробежного насоса. В этом случае кавитационные пузыри возникают на лопастях рабочего колеса. Срываясь с поверхности, они уносятся потоком, образуя видимую на фотографии кавитационную зону, и на некотором расстоянии от лопасти исчезают. [c.9] Обычно различают два типа кавитации поверхностную и отрывную. Поверхностная кавитация возникает на поверхности или в непосредственной близости от нее. Она обычно имеет место в трубах, водомерных устройствах или в межлопастных каналах рабочих колес гидравлических турбин и насосов. Отрывная кавитация возникает в результате турбулентного смешивания, которое обычно имеет место в потоке за рабочими колесами турбин и гребными винтами судов. [c.9] Теория крыла Н. Е. Жуковского [32], [22] говорит о наличии свободных вихрей, параллельных направлению относительного движения и продолжающихся от конца крыла до бесконечности. Возможность возникновения кавитации внутри вихря может быть установлена из рассмотрения следующих уравнений. [c.10] Следовательно, увеличение скорости приводит к уменьшению статического давления. Уравнение (1) показывает, что величина скорости стремится к бесконечности при приближении к центру вихря. Однако в практике этого не случается из-за кавитации, которая начинается при понижении местного статического давления ниже критического значения. [c.10] Качественное изменение структуры потока, вызванное кавитацией, несомненно приводит к изменению режима работы данной гидравлической машины или системы. [c.10] Точка зрения на гидравлические системы и машины может быть такова, что они представляют собой сочетание направляющих поверхностей, используемых для управления потоком жидкости. Если кавитация развивается на такой поверхности, то она изменяет ее эффективную форму и, следовательно, изменяет путь потока. Практически во всех случаях такие изменения нежелательны. Если бы это было необходимо, то направляющая поверхность могла бы быть построена таким образом, чтобы она направляла поток этим путем с самого начала. [c.10] При двух типах кавитации — установившейся поверхностной и вихревой отрывной — имеют место разного рода вторичные движения жидкости. Энергия, вовлеченная в это движение, не восстанавливается главным потоком, следовательно, она увеличивает потери энергии в данной системе. Эти дополнительные потери энергии являются следствием изменения направления движения, вызванного кавитацией. [c.10] Результаты многочисленных экспериментальных исследований указывают на появление вибрации в гидравлических системах и машинах в тех случаях, когда наличие развившейся кавитации являлось единственным изменением характеристик потока. [c.10] Как правило, кавитация сопровождается разрушением поверхности, на которой возникают и некоторое время существуют кавитационные пузыри. [c.11] Наличие кавитации существенно влияет на работу данной гидравлической системы, причем это влияние зависит от степени развития кавитации. Обычно различают начальную, частично развивщуюся и полностью развивщуюся кавитации. [c.11] Термин начальная кавитация соответствует условиям, при которых появляются первые незначительные признаки кавитации слабое усиление шума, появление небольшого количества кавитационных пузырей, которые образуют неустановившуюся кавитационную зону. Как правило, на этой стадии внешние характеристики гидравлической системы практически не изменяются. [c.11] Частично развившаяся кавитация характеризуется наличием установившейся кавитационной зоны определенных размеров, которая изменяет эффективную форму направляющей поверхности и стесняет живое сечение потока. Происходит местное повышение скорости течения, появляются вторичные движения жидкости. Из-за увеличения гидравлических потерь ухудшаются характеристики данной системы. Значительно усиливается шум. [c.11] При полностью развившейся кавитации наступает срыв работы данной гидравлической системы или машины. Внешние характеристики ее становятся совершенно неприемлемыми. Работа машины в условиях полностью развившейся кавитации, как правило, не поддается управлению. [c.11] В качестве примера различных стадий развития кавитации рассмотрим процессы, происходящие в расходомере, и их влияние на его пропускную способность. Характеристика расходомера, изображенного на фиг. 1, приведена на фиг. 27, а. [c.11] Увеличение расхода до величины происходило в условиях нормальной работы расходомера без кавитации. При расходе Q = = Qнaч давление в сжатом сечении упало до величины, при которой началась кавитация. Однако наличие неустановившейся кавитационной зоны (фиг. 1, а) не сказалось на характеристике расходомера. [c.11] При Q = устойчивая кавитационная зона занимает значительную часть живого сечения (фиг. 1, б) потока. Из-за резкого увеличения гидравлических потерь характеристика расходомера изменяется. Этот режим соответствует условиям частично развившейся кавитации. [c.11] При Q — режим полностью развившейся кавитации. [c.11] Вернуться к основной статье