При сокращении сечения трубопровода наблюдаются такие явления, как падение давления и повышение скорости потока. То есть возникает явление кавитации. Это объясняется физическим законом сохранения энергии – за одно и то же время через трубу проходит одинаковое количество воды. Но при снижении сечения на проход требуется больше времени, то есть скорость повышается. Зависимость квадратичная, увеличение скорости движения – в 4 раза. Но такое увеличение вызывает падение значения кинетической энергии, роль которой для потока выполняет давление.
Кавитация для трубопровода: негативные и положительные факторы
Кавитация – образование в жидкости каверн, которые заполнены паром. Выделяют два вида таких явлений – акустический и гидродинамический. Акустическая заключается при проходе через поток интенсивных звуковых волн. Гидродинамическая наблюдается при увеличении скорости и одновременном падении давления. При перемещении по трубопроводу кавитационные каверны схлопываются, провоцируя появление ударной волны. Такое явление может возникнуть в любой системе, где есть изменения профиля трубы.
Кавитация очень опасна для любой гидравлической системы. Она приводит к разрушению трубы, порче оборудования. К негативным последствиям такого явления относятся:
- разрушение трубопровода;
- химическая агрессивность находящегося в кавернах газа, который часто имеет повышенную температуру, становится причиной коррозии;
- высокие забросы давления, разрушающие элементы насосов, гребных валов, турбин;
- появление сильных вибраций, шумов;
- снижение производительности и эффективности работы системы.
При схлопывании газонаполненных пузырьков наблюдается сосредоточение энергии в малых объемах. Появляются не только сильные ударные волны, но и повышенная температура, что вызывает шум. Высвобождается большое количество энергии, система разрушается. Это касается не только металлических труб, но и таких инертных к кислороду материалов, как стекло. В негативным факторам появления кавитации также относятся факты заброса давления, что вызывает усиленных износ оборудования и отдельных элементов оборудования.
Но кавитация может быть и полезной. К примеру, подобное явление применяется в военной промышленности, для повышения скорости движения торпед. Акустическая кавитация востребована при ультразвуковой чистке, повышая качество удаления загрязнений. В промышленности это явление используют в процессах гомогенизации, для получения ЛКМ, осаживания при производстве молока.
Как предотвратить явление кавитации?
Для работы некоторых устройств, например, промышленных насосов, кавитацию следует исключить. Для этого могут применяться следующие меры:
- оборудование располагается ближе к уровню жидкости для повышения давления;
- при сокращении длины всасывающей трубы происходит увеличение сечения, чтобы это произошло, требуется установить фильтры и обратные клапаны, устранить прямые изгибы, что снижает сопротивление потока;
- скорость вращения вала снижается, но это дополнительно приводит к незначительному уменьшению производительности, напора потока;
- насос располагается на высоте, вычисляемой с применением параметров, указанных в паспорте устройства;
- температура перекачиваемой жидкости снижается.
Чтобы убрать кавитацию, при монтаже оборудования или трубопровода используется уменьшенное количества арматуры, снижающей давление. Это касается таких разновидностей устройств, как тройники, колена и другие. Также при обустройстве системы следует исключить наличие многочисленных резких перепадов сечения трубы. Устранить кавитацию или снизить ее также можно, если сократить сопротивление, например, выбрать трубы не из металла, а из ПВХ с очень гладкой внутренней поверхностью.
