Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Кавитация — образование в движущейся жидкости паровых и парогазовых пузырьков при падении местного давления до значения давления насыщенных паров с последующим их схлопыванием в зоне повышенного давления. Сопровождается ударными волнами, шумом, вибрацией и эрозией металлических поверхностей в насосах, арматуре и гребных винтах.
Кавитация — гидродинамическое явление, возникающее, когда статическое давление в потоке жидкости снижается до давления насыщенных паров при данной температуре. В этих условиях жидкость локально вскипает и образуются паровые каверны. При попадании в зону высокого давления каверны мгновенно конденсируются и схлопываются.
Процесс впервые описан Осборном Рейнольдсом и подробно изучен в работах Рэлея в начале XX века. Сегодня кавитация рассматривается как один из основных факторов износа гидравлического оборудования.
Безразмерное число кавитации: σ = (p − p_v) / (0,5·ρ·v²), где p — статическое давление потока, p_v — давление насыщенных паров, ρ — плотность жидкости, v — характерная скорость. Кавитация развивается, когда σ опускается ниже критического значения для данной системы.
В местах сужения потока, на выпуклых поверхностях лопастей, у острых кромок арматуры скорость возрастает, а давление падает по уравнению Бернулли. Когда давление достигает p_v, в жидкости появляются микропузырьки, которые быстро растут до размеров видимых каверн.
Попадая в зону повышенного давления, каверны сжимаются и схлопываются за микросекунды. Локальные давления при коллапсе могут достигать порядка 1 ГПа, температуры — сотен и тысяч градусов в микрообъёмах. Возникают ударные волны и микроструи.
Гидродинамическая кавитация возникает при движении жидкости относительно твёрдых поверхностей. Акустическая кавитация развивается под действием переменного звукового давления, типична для ультразвуковых установок.
Различают зарождающуюся (инцепционную), плёночную, облачную, суперкавитацию и вихревую кавитацию. Плёночная формирует устойчивую паровую плёнку на лопасти. Облачная состоит из множества мелких пузырьков и наиболее агрессивна по эрозии.
Кавитация на лопастях насосов и винтов, в дросселирующих устройствах арматуры, в гидротурбинах, на конструкциях, обтекаемых высокоскоростным потоком. Каждый случай требует своих критериев и расчётов.
В центробежных насосах кавитация развивается на входе колеса при недостаточном подпоре. Признаки: характерный треск, вибрация, падение напора и подачи, эрозия лопастей. Для предотвращения нормируется кавитационный запас NPSH.
Многократные коллапсы каверн вблизи стенок вызывают усталостное разрушение поверхностного слоя. На металле появляется характерный питтинг — раковины и язвы глубиной до нескольких миллиметров. Скорость эрозии зависит от материала, режима и среды.
В судостроении кавитация снижает упор винта, увеличивает шум и разрушает кромки лопастей. Для борьбы применяют профили с задержкой кавитации и режим суперкавитации на скоростных судах.
Регулирующие клапаны при больших перепадах давления — типичная зона кавитации. Это приводит к разрушению затвора, седла и корпуса. Применяют многоступенчатое дросселирование и антикавитационные триммы.
Признаки начавшейся кавитации:
Акустическая кавитация в моющих ваннах удаляет загрязнения с поверхностей сложной формы. Частоты — от 20 до 130 кГц, плотность мощности — 10–30 Вт/л. Метод применяется в приборостроении, оптике, медицине.
Кавитационные реакторы используют для эмульгирования, гомогенизации, диспергирования. На пищевом и химическом производстве так получают стабильные эмульсии и измельчают суспензии.
Локальный нагрев при коллапсе пузырьков уничтожает микроорганизмы в воде. Сонолюминесценция — кратковременное свечение схлопывающихся пузырьков — используется как объект научных исследований.
Преимущества (при контролируемом применении):
Недостатки (при паразитной кавитации):
Чтобы насос работал без кавитации, должно выполняться условие NPSH_доступный ≥ NPSH_требуемый. Первый параметр определяется параметрами установки, второй — характеристикой насоса. Запас обычно принимают не менее 0,5–1,0 м столба жидкости.
Применяют плавные обводы каналов, шнековые предкрутки на входе насоса, кавитационно-стойкие материалы — высокохромистые нержавеющие стали, бронзы, стеллиты. Лопасти полируют для устранения концентраторов.
Понижают температуру перекачиваемой среды, увеличивают подпор на всасывании, ограничивают рабочие режимы по минимальной подаче, не допускают дросселирования на всасывающей линии.
Вывод. Кавитация — двойственное явление: разрушительное для насосов, винтов и арматуры, но полезное при контролируемом применении в очистке и переработке. Понимание условий возникновения, расчёт числа кавитации и NPSH, грамотный выбор материалов и режимов работы оборудования позволяют исключить паразитные эффекты и продлить ресурс гидравлических систем.
Статья носит ознакомительный характер и предназначена для технических специалистов и обучающихся. Автор не несёт ответственности за результаты применения представленной информации в практических расчётах без проверки квалифицированным специалистом и сверки с действующей нормативно-технической документацией.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.