АННОТАЦИЯ. В статьеанализируются причины и условия возникновения кавитации, ее последствия в системах водоснабжения и отопления, а также предлагаются способы, как устранения кавитационных явлений, так и использования положительных свойств кавитации.

ABSTRACT

In article the reasons and conditions of occurrence of a cavitation, its consequences in water-supply and heating systems are analyzed, as well as ways of elimination of the cavitational phenomena, and also the use of positive properties of a cavitation are offered.

Ключевые слова: кавитация; системы отопления и водоснаб­жения; коэффициент полезного действия; насосное оборудование.

Keywords: a cavitation; heating and water-supply systems; efficiency; the pump equipment.

Исследованием явления кавитации ученые занимаются уже достаточно длительное время. Различные авторы выделяют отдельные причины этого явления. Под кавитацией понимают образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных водяным паром и/или газом. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости (если давление в какой-либо точке жидкости становится равным давлению насыщенного пара этой жидкости). Причинами этого явления может являться:

· увеличение местной скорости жидкости;

· прохождение акустической волны большой интенсивности;

· локальное уменьшение давления ниже давления парообразо­вания перекачиваемой жидкости на входе рабочего колеса;

· изменение давления в системе при резком изменении температуры жидкости (при пуске отопительных систем).

В результате чего происходит снижение мощности (напора), неравномерная подача, снижение КПД, возникновение шумов и разрушение элементов насосного и запорного оборудования. Пер­выми признаками этого процесса являются шумы или повреждения на выходе рабочего колеса.

Фактически, увеличение скорости потока жидкости, снижение давления на входе и резкое повышение температуры перекачиваемой жидкости являются основными причинами кавитации. Отсюда, можно сделать вывод, что кавитация характерна не только для напорных систем водоснабжения, но и для отопительных систем в момент их пуска. Признаком кавитации в отопительных системах являются так называемые «щелчки» и характерные стуки в трубах при пуске отопительной системы. Это явление также наблюдается в системах горячего водоснабжения с использованием местных нагревательных котлов (когда жидкость нагревается периодически, неравномерно по времени).

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Цена статьи

Кроме того, многие исследователи считают, что кавитация может возникать при изменении характера потока жидкости с ламинарного на турбулентный режим.

Явление кавитации, несмотря на более чем вековой период изучения, в некоторых своих проявлениях еще не предсказуемо. Параметры инженерных сооружений и гидравлических устройств (гидротурбины, судовые движители, насосы, перемешивающие устройства, технологические установки), изучаются на специальных стендах, вызывающих кавитационные явления.

Вместе с тем, явления кавитации сопровождаются резким повышением температуры жидкости и ускорением химических реакций, протекающих в транспортируемой жидкости. Эти явления используются в тепловых кавитационных генераторах и в системах очистки сточных вод.

В зависимости от внешних условий, существуют различные варианты схлопывания кавитационного пузырька. На наш взгляд, более достоверной является схема несимметричного схлопывания пузырька с образованием микроструи жидкости. Эти микроструи обладают высокой скоростью, а значит и ударной силой. В водных растворах кавитация сопровождается повышением давления и темпе­ратуры в зонах схлопывания пузырьков.

При транспортировке технической воды в зоне возникновения кавитации изменяются физико-химические свойства воды, значительно увеличивается pH, температура и химическая активность воды. Внутри кавитационных пузырьков, в зависимости от конкретного состава оборотной воды, кроме водяного пара, могут образовываться и сероводород, водород, углекислый газ и др.

Возникающая при кавитации гидравлическая эрозия значительно усиливается химической эрозией, что приводит к повреждению повер­хностей турбин, насосов, элементов запорной арматуры. Масштабы повреждений, вызванные кавитацией, могут быть разными — от точечной поверхностной эрозии до катастрофического выхода из строя больших конструкций.

Существенное увеличение гидродинамического сопротивления при кавитации вызывает снижение коэффициента полезного действия гидравлического оборудования. Тем не менее, считается, что тепловые кавитационные генераторы, разрабатываемые в последние годы, обладают достаточно высоким КПД, близким к единице. До сих пор, однако, не существует единой методики определения КПД таких установок.

Кавитационная энергия вызывает ударные волны, которые вызывают вибрацию, распространяющаяся на рабочее колесо насоса, вала, уплотнения, подшипники, повышая их износ. Для насосов применяется величина кавитационногозапаса ∆hтр. Это — то мини­мальное давление, в пределах которого у жидкости, попадающей в насос, сохраняется состояние собственно жидкости. Величину ∆hтр и кривую зависимости ∆hтр от подачи/напора должен предоставлять производитель насоса.

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Цена статьи

Насос необходимо подбирать, устанавливать и обвязывать так, чтобы он располагал в зоне своей работы тем допустимым кавитационным запасом ∆hдоп, величина которого была бы выше ∆hтр [2]. Можно сказать, что ∆hдоп — потенциальная энергия жидкости у всасывающего отверстия насоса:

∆hдоп=Ha+Hs–Hvp–Hf–Hi,

где   Ha — атмосферное давление;

Hs — статический напор (положительный или отрицательный), определяемый как разность уровней между свободной поверхностью жидкости и осью насоса;

Hvp — давлениепаров перекачиваемой жидкости, зависящее от температуры;

Hf — потери на трение во всасывающей линии;

Hi — потери в пространстве между горловиной и головкой рабочего колеса насоса.

На наш взгляд, кавитационный запас ∆hдоп должен быть учтен и при расчете КПД тепловых кавитационных генераторов.

Нужна помощь в написании статьи?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Заказать статью

Кроме того, для оборотного цикла промышленных предприятий и отопительных систем, по нашему мнению, значение ∆hдоп, в зависимости от качества транспортируемой воды (pH, температуры, плотности и химического состава),требует корректировки.

Общий принцип устранения кавитации при работе насоса: «на входе в насос должно всегда быть жидкости больше, чем на выходе». Этого можно достичь следующими способами:

· заменить диаметр всасывающего патрубка на больший;

· переместить насос ближе к питающему резервуару, но не ближе 5—10 диаметров всасывающей трубы;

· понизить сопротивление во всасывающей трубе, заменой ее материала на менее шероховатый, задвижки на шиберную, характеризующуюся меньшими местными потерями, удалением обратного клапана;

· если всасывающая труба имеет повороты, уменьшить их количество и/или увеличить радиусы поворота, сориентировав их в одной плоскости (иногда правильно заменить жесткую трубу гибкой);

· увеличить давление на всасывающей стороне насоса повы­шением уровня в питающем резервуаре, либо снижением оси установки насоса, либо использованием бустерного насоса [1].

В тоже время, некоторые свойства кавитации в системах отопления можно использовать как полезные: для повышения температуры теплоносителя, а также для сопутствующей очистки сточных вод, которые при определенных условиях могут быть использованы в отопительных системах.

Список литературы:

1.Голяк С.А., Серова Т.О. Особенности возникновения кавитации в насосном оборудовании систем промышленного водоснабжения и отопления // Сборник материалов всероссийской научно-практической конференции «Теплогазоснабжение: состояние, проблемы, перспективы». Оренбург, 16—17 ноября 2011 г. С. 13—16.

2.Иванов А.Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. — Л., 1980. 237 с.