Następnym razem, gdy znajdziesz się w wodzie w głębokiej skrzyni, wypróbuj tę małą demonstrację kawitacji w akcji, czekając, aż wszyscy przestaną się śmiać i wyciągną cię z wody.
Trzymaj dłoń pionowo i przesuwaj ją szybko w tę iz powrotem przez wodę. Zobaczysz strumień bąbelków tworzących się przeciwnie do kierunku podróży.
Te bąbelki nazywane są kawitacją. W przypadku łodzi i statków kawitacja odnosi się do kieszeni lub wnęki powietrza tworzącego się na tylnej stronie łopatki śmigła lub wirnika.
Co to jest kawitacja? Jakie są jego przyczyny?
Najprostsza definicja kawitacji to; działanie, które powoduje powstanie pustki z powodu niższego ciśnienia.
Jak wynika z powyższej definicji, stan kawitacji jest spowodowany sytuacją niskiego ciśnienia. Kiedy poruszałeś ręką w tę iz powrotem przez wodę, powodowałeś spadek ciśnienia za dłonią. Tam powstały bąbelki. Rekwizyt ze zbyt dużą ilością smoła lub zbyt duża prędkość wału spowoduje tworzenie kieszeni na tylnej stronie noży lub nawet na końcach.
Powodem, dla którego powstają puste przestrzenie, jest gotowanie się cieczy. To nie gotuje się z ciepła, ale gotuje się z próżni.
Eksperci fizyki mówią nam, że ciecz zagotuje się, jeśli zostanie podgrzana do określonej temperatury lub jeśli ciśnienie cieczy spadnie. W przypadku kawitacji przyczyną jest niższe ciśnienie.
Ta technika zimnego wrzenia jest dobra do wielu zastosowań przemysłowych, ale nie jest pożądana w pobliżu rekwizytów lub wirników pompowych. Zapadające się pęcherzyki są wypełnione bardzo niskociśnieniową parą wodną, a kiedy zapadają się, uszkodzenia wyrządzane są na wielu powierzchniach.
Kawitacja ogranicza wydajność ze względu na zwiększone tarcie. Pęcherzyki przyklejają się do powierzchni i zasadniczo zwiększają grubość łopatek podpory, a do zwiększenia lub utrzymania prędkości potrzeba więcej mocy.
Co gorsza, kawitacja może powodować wibracje z powodu nierównomiernego obciążenia podpory i uszkodzenia lub uszkodzenia sprzętu. Jeszcze gorzej niż uszkodzenie spowodowane wibracjami.
Wżerowanie ma miejsce, gdy bąbelki się zapadają, a wszystkie siły skupiają się na niewielkim miejscu na powierzchni ostrza. Uszkodzenia wywołane wibracjami są bardzo zauważalne i zwykle można ich uniknąć, modyfikując styl pracy. Uszkodzenia wżerowe mogą występować na bardzo subtelnym poziomie, a większość dotkniętych elementów nie jest widoczna podczas codziennych operacji.
Wzrost mocy spowodowany przez źle wyregulowanego gubernatora może wystarczyć do rozpoczęcia niewielkiej kawitacji w pobliżu końców śmigła i prawdopodobnie nie zostałby zauważony przez większość załóg. Tylko przy wyciągnięciu można zauważyć uszkodzenie elementów napędu. Wżery zwiększają powierzchnię, która powoduje korozję i niewiele przeciwporostowy powłoki mogą wytrzymać siły powodowane przez zapadające się pęcherzyki, które mogą zjadać w hartowanej stali.
Ten sam zestaw warunków i wynikające z tego szkody mogą również wystąpić w takich obiektach, jak obudowy pomp i tunele sterów strumieniowych. Kawitacja jest w rzeczywistości o wiele łatwiejsza do wyprodukowania w zamkniętym środowisku niż w otwartej sytuacji, takiej jak rekwizyt i szyb.
W zamkniętym obszarze jest znacznie mniejsza objętość cieczy do spłynięcia i ściśnięcia tworzących się pęcherzy próżniowych. Kawitacja wewnątrz pomp jest główną przyczyną awarii. Włączanie odśrodkowy zbyt szybka pompa powoduje wrzenie cieczy w komorze pompy z powodu braku ciśnienia. Jest to jeszcze większy problem, jeśli pompujesz gorący płyn, taki jak płyn chłodzący lub ciężki olej opałowy.
W sytuacji gorącej cieczy podajesz dwa źródła energii, które sprawią, że ciecz się zagotuje. Pierwszy, ciepło, jest zewnętrzny i jest lepiej zrozumiałą formą wrzenia. Drugi to próżnia mechaniczna powodowana przez wirnik. Terminem technicznym dla tej drugiej siły jest dodatnia głowica ssąca netto lub NPSH.