Кавитация двигателя что это такое

Кавитации на гильзах цилиндра

Описание повреждения

Мокрая гильза цилиндра в зоне водяной рубашки имеет сильно выраженную кавитацию. Она доходит до такой степени, что уже появилась дыра во внутренней полости цилиндра.

Оценка повреждения

Кавитация появляется в основном в плоскости качания поршня (на нагруженной стороне или на ненагруженной стороне), она вызвана вибрациями стенки цилиндра. Высокочастотные вибрации вызваны давлением сжигания, боковыми усилиями поршня и перекладкой поршня в нижней и верхней мертвой точке.

Если охлаждающая вода не может больше повторять вибрации стенки цилиндра, водяная пленка кратковременно приподнимается с гильзы цилиндра. В возникшей из-за этого зоны разряжения образовываются пузырьки пара, которые при обратном движении стенки цилиндра разрушаются (имплозия) с чрезвычайно высокой скоростью. Вытесненная пузырьками вода при имплозии ударяет о поверхность цилиндра.

В результате энергии удара из поверхности цилиндра вылетают малейшие частицы. Со временем вследствие этого образовываются (вымываются) настоящие дырки. Особенность кавитации заключается в том, что происходит расширение дырок вовнутрь и в результате образовываются полости в материале, откуда в конечном счете также взято название кавитации.

Возможные причины повреждения

Не соблюден правильный зазор поршня (повторная установка уже работавших поршней или цилиндры со слишком большими размерами).

Некачественная или неточная посадка гильзы в корпусе.

Отсутствует предписанная присадка для защиты от замерзания с защитой от коррозии или соответствующая присадка для охлаждающей воды. Средство защиты от коррозии содержит ингибиторы, предотвращающие пенообразование. Эти ингибиторы, однако, в течение времени теряют свой эффект. Поэтому необходимо заменять средство защиты от коррозии через каждые 2 года и предусматривать правильное соотношение смеси.

Использование неподходящих средств охлаждения, как напр. соленая вода (морская вода), агрессивная или содержащая кислоту вода или другие жидкости.

Недостаточное избыточное давление в системе охлаждения. Необходимое избыточное давление радиатора не обеспечено из-за неподходящих крышек радиатора (недостаточная герметизация из-за дефектного предохранительного клапана) или из-за негерметичности в системе охлаждения. При правильном избыточном давлении в системе охлаждения температура кипения охлаждающего средства выше, чем при атмосферном давлении. Избыточное давление в системе охлаждения не может устранить причину для образования паровых пузырьков, но во всяком случае это мешает образованию пузырьков.

Слишком низкая рабочая температура двигателя: если двигатель в определенных условиях эксплуатации или из-за дефектов термостата не достигает обычной рабочей температуры, то в системе охлаждения не может образоваться избыточное давление из-за более низкого теплового расширения охлаждающего средства. Из-за слишком низкой рабочей температуры поршни также не имеют правильного теплового расширения. Они работают при эксплуатации с повышенным поршневым зазором. И то, и другое способствует образованию пузырьков и тем самым кавитации.

Источник

Кавитация простыми словами

В предыдущем обсуждении мы выяснили, зачем нужен такой показатель, как NPSH (Net Positive Suction Head) — конечный положительный напор на входе в насос, при котором он может работать согласно своей заводской характеристике. Другими словами, параметр NPSH является сравнительной характеристикой насоса, необходимой для оценки возможности его работы в конкретной гидравлической системе в конкретных эксплуатационных условиях без риска кавитации.

Читайте также:  Что делать если двигатель перевернулся

Отступая от узкоспециализированных технических терминов, таких как число Рейнольдса, закон Бернули, сплошность потока и прочих, попробуем описать явление кавитации для понимания ее природы.

Сформулирую определение следующим образом: кавитация (от английского cavity – полость, впадина) – образование множества пузырьков пара в областях локального пониженного давления при неравномерном течении потока жидкости.

Это явление возникает только тогда, когда величины скоростей потока жидкости кратковременно, но существенно начинают различаются в разных точках сечения этого потока. Это происходит в основном при условии наличия:

— высоких скоростей потока жидкости (более 2-3 м/с для воды);

— резкого изменения направления потока жидкости;

— резкого изменения площади сечения потока;

— локального препятствия в потоке жидкости.

В этом случае за точкой внезапно возникшего препятствия (или за препятствием) возникает своего рода карман (на рисунках выделен красным цветом), в котором происходит резкий отрыв потока жидкости от ограничивающей его стенки. Это происходит из-за невозможности быстро изменить направление течения потока вследствие наличия у него массы и скорости, а значит инерции. Из-за расслоения потока и невозможности быстро заполнить образовавшиеся пустоты в этих карманах резко падает давление жидкости, а значит, создаются условия для образования пузырьков пара, то есть локального вскипания жидкости. Для примера: при нормальном атмосферном давлении (1 бар) вода кипит при 100 °С, но если давление упадет до 10% от него(0,1 бар), то вода будет кипеть уже при 46 °С, если до 5% (0,05 бар) то вода закипит при 33 °С. Величина падения давления зависит от скорости потока.

Далее образовавшиеся пузырьки пара за счет неравномерного течения жидкости в кармане частично увлекаются основным потоком, а также частично продолжают циркулировать в кармане. Попадая в область большего давления пузырьки пара оказываются переохлажденными, поэтому при наличии внешнего возмущения они практически мгновенно коллапсируют, т.е. схлопываются. Схлопываются они особым образом (рисунок) внутрь себя, но в направлении к точке приложения возмущения. При этом порождается микро ударная волна со скоростью, превышающей скорость звука. Если этим внешним возмущением является препятствие, например, стенка трубы или рабочее колесо, то каждый коллапсирующий пузырек выбивает микроскопическую частичку металла с поверхности. Если этот пузырек один, то ничего страшного не произойдет, но если их садится на поверхность рабочего колеса насоса миллиарды в минуту, то очевидно, скоро от колеса ничего не останется:

Стоит также отметить, что любое местное сопротивление может привести к кавитации, например, частично закрытая задвижка или клапан, засоренный фильтр, некачественно сваренный сварной шов и прочее.

Следует обратить внимание, что чем выше температура и чем ниже давление потока, тем вероятнее возникновение кавитации. Поэтому наиболее подвержены данному явлению системы теплоснабжения, горячего водоснабжения и канализации, соответственно при их эксплуатации необходим тщательный контроль за параметрами их работы для своевременного выявления и устранения отклонений.

Таким образом, кавитация является весьма вредным явлением, ведущим к тяжелым последствиям. Поэтому очень важно контролировать температуру, давление и расход жидкости (а значит скорость потока) в системе, особенно в местах, где есть риск возникновения кавитации: за и перед фильтрами, на теплообменниках, перед насосами, по системе трубопроводов в целом в «узких местах». Также необходимо строго соблюдать все требования завода-изготовителя оборудования, включая такое понятие, как NPSH , о котором мы говорили ранее.

Читайте также:  Неисправности двигателя санг енг актион спорт

Иллюстрации, использованные в данной статье взяты из открытого доступа с использованием поисковой системы «Яндекс картинки»

Источник

Что такое кавитация насоса и как её избежать?

Кавитация – это процесс, при котором происходит понижение давления до значения, при котором происходит понижение температуры кипения жидкости ниже температуры перекачиваемой среды. Вследствие этого начинается её испарение в потоке с образованием пузырьков. Эти пузырьки под действием увеличивающегося давления, по ходу пути, начинают конденсироваться и происходит моментальное схлопывание, которое сопровождается гидравлическими ударами с высвобождением энергии. Такой гидравлический удар сокращает срок службы насосного оборудования.

Чтобы избежать кавитацию насоса нужно исключить возможность ее появления. Для этого на каждый насос рассчитываются кавитационные характеристики. Оптимальный геодезический расчет места установки насоса, нужная ему высота всасывания и температура перекачиваемой жидкости является надежным способом полного предотвращения кавитации. Более подробные теоретические расчеты по подбору насосного оборудования и описанию процесса кавитации описаны в статье — https://www.vo-da.ru/articles/nasosy-kns/fizicheskie-faktoryi

5 · Хороший ответ

Как правильно подобрать погружной насос по напору?

Для определения напора конкретной модели насоса вам необходимо определить высоту предъема воды. Для этого вам нужно знать характеристики резервуара или скважины, из которой вы собираетесь качать воду. К примеру, у вас имеется скважина глубиной 31м, в которой статический уровень воды – 19м, динамический – 28м, определим нужную высоту подъема воды глубинным насосом: допустим, что глубина скважины составляет 31 метр, статический уровень воды в ней 19 м, динамический уровень 28 м, расстояние от дома до скважины 20м.

Так как производители глубинных насосов рекомендуют опускать модель порядка 1 м до дна скважины, то вам понадобиться пропустить 30м шланга от насоса до верха колодца и добавить к нему 20м шланги, идущие к дому. В сумме этот показатель составляет 50м. Давление в системе должно составлять порядка 1 атмосферы на каждые 10м трубы, поэтому в рассматриваемом примере вам понадобится напор не менее 5атм. А так как движение воды по трубам создает дополнительную нагрузку на работу насоса и сопротивление движению жидкости, следует обеспечить запас мощности, поэтому насос выбирается не менее 5,5атм.

Источник

Беседы о ракетных двигателях

Просто о том, что кажется сложным

Кавитация

Автор публикации: Редколлегия · 14 января 2016 · Комментариев нет

КАВИТАЦИЯ (от лат. cavitas — пустота) в двигательных установках — нарушение сплошности потока жидкого ракетного топлива, заключающееся в образовании в нём полостей (т.н. кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром, газом и их смесью. Кавитация наблюдается в тех областях потока, где в результате местного повышения его скорости статическое давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения, близкого к давлению её насыщенного пара. Возникновению кавитации способствует растворённый в топливе газ (например, использующийся для наддува баков). В двигательных установках (ДУ) кавитационные явления могут наблюдаться в насосах, гидротурбинах, агрегатах автоматики и магистралях питания. За исключением некоторых специфических случаев кавитация является нежелательной, и при проектировании ДУ принимаются меры с целью её устранения или ослабления.

Наиболее сложные проблемы возникают при наличии кавитации в топливных насосах. В последних на установившемся режиме работы наблюдается значительное местное падение давления, вызванное обтеканием входных кромок лопаток (зона пониженного давления располагается с нерабочей стороны лопаток). Поэтому снижение давления во входных магистралях ЖРД может привести к возникновению развитой кавитации, следствием которой является срыв рабочего режима насоса, когда его напор, расход, КПД и мощность практически падают до нуля. При этом из-за изменения соотношений расходов топливных компонентов возможен прогар газогенератора, турбины турбонасосного агрегата (ТНА) или камеры ЖРД, а из-за нарушения баланса мощностей турбины и насоса также и разнос ТНА; в лучшем случае ЖРД просто перестанет работать. С возможностью таких нежелательных явлений приходится особенно считаться при запуске ЖРД, когда наблюдаются характерные «провалы» давления на входе в насос. При развитой кавитации насосов в ДУ могут возникнуть кавитационные автоколебания . Их совпадение по частоте с собственными колебаниями питающих магистралей, баков или корпуса ракеты-носителя (РН) приводит к продольной неустойчивости РН с возможным её разрушением. К вредным последствиям кавитации относится также разрушение (т.н. кавитационная эрозия) рабочих колёс насосов и элементов других гидравлических устройств, вызываемое микрогидроударами вследствие быстрой конденсации (захлопывания) кавитационных пузырьков, попадающих с потоком жидкости в область повышенного давления. При длительной работе ЖРД кавитационная эрозия может привести к ухудшению характеристик насоса и даже выходу его из строя. Уменьшение или предотвращение кавитационной эрозии достигается применением конструкционных материалов с высокими усталостными свойствами (нержавеющих сталей и специальных сплавов). Если кавитацию исключить не удаётся, то в некоторых случаях оказывается полезным усилить её во входном осевом колесе насоса, создав (специфическим профилированием проточной части и выбором рабочих параметров) режим т.н. суперкавитации , при котором обтекание лопаток носит струйный характер и кавитационная каверна замыкается за ними, не приводя к разрушению.

Читайте также:  Как проверить уровень масла двигателя ауди ку5

Подавляющее большинство насосов ЖРД работает в режиме скрытой (т.е. слабо развитой) кавитации, при низком входном давлении, позволяющем снизить массу конструкции топливных баков и содержащегося в них газа наддува, системы наддува и в итоге массу всей ДУ. Для улучшения кавитационных качеств насосов перед высоконапорными рабочими колёсами устанавливаются низконапорные шнеки и другие осевые колёса, а также предусматривается двусторонний вход жидкости в насос. Кроме того, могут устанавливаться бустерные (т.е. вспомогательные) струйные и низкооборотные лопаточные насосы, создающие напор, необходимый для работы основных насосов.

В некоторых случаях явление кавитации используется для управления работой ЖРД. В магистралях таких ЖРД устанавливаются сопла Вентури или жиклёры, в которых происходит кавитация жидкости за счёт сильного местного уменьшения проходного сечения. При достижении образовавшейся парожидкостной смесью скорости звука расход через магистраль становится прямо пропорциональным входному давлению и не зависит от колебаний выходного. Наличие кавитирующих сопел в магистралях питания газогенераторов ЖРД LR-87-AJ-5, LR-91-AJ-5 и HM-7 обеспечивает поддержание с удовлетворительной точностью заданных значений расходов топливных компонентов через газогенератор и, следовательно, неизменность режима работы ЖРД. Установка в магистрали питания камеры ЖРД LMDE кавитирующих сопел с регулируемым проходным сечением упростила задачу регулирования ЖРД в широком диапазоне тяги при сохранении неизменного соотношения топливных компонентов. Кавитирующие элементы могут использоваться также для замедления поступления топливных компонентов в камеру и газогенератор с целью обеспечения надлежащего запуска ЖРД. В этом случае элемент кавитирует в процессе заполнения магистрали жидкостью, при малом противодавлении; впоследствии кавитация прекращается, и элемент работает как низкоперепадное гидравлическое сопротивление.

Источник

Adblock
detector