Кавитационного параметра

1Богачев И. Н. Кавитационное разрушение и кавитациошюстойкие сплавы. М., «Металлургия», 1972. 189 е. с ил.

образцы высокочастотной поперечной механической вибрации. Поверхность металла становится глубоко изъязвленной и губчатой (рис. 6.10). Кавитационное разрушение металла может быть чисто механическим, как в экспериментах со стеклом, пластмассой или с металлом в органических жидкостях. Однако разрушение может происходить и под действием механического и химического факторов, особенно, когда нарушены защитные пленки и коррозия

Кавитационное разрушение — это повреждение металла, связанное с гидравлическим ударом жидкости в местах «схлопывания» пузырьков газа на границе жидкости с твердым телом. При попадании потока жидкости в область пониженного давления (ниже давления насыщенного пара этой жидкости при данной температуре) пузырьки газа в жидкости расширяются, а при переходе жидкости в зону повышенного давления они сжимаются с большой скоростью, «схлопываются», что сопровождается гидравлическим ударом. Области пониженного давления образуются при расширении потока, вращении жидкости, наличии препятствий на пути потока или вследствие вибрации. Многократное «схлопывание» пузырьков газа на поверхности металла вызывает повреждение защитных пленок, деформацию и разрушение поверхности металла. Кавитацион-ному разрушению подвержены всасывающие патрубки и рабочие колеса насосов, трубы в местах сужений и резких поворотов направления потока, гидротехнические сооружения и др.

Кавитационное разрушение наблюдается и у подшипников скольжения, которые работают с большими скоростями и динамическими нагрузками. Наибольшее повреждение возникает в местах, где масло имеет наименьшую скорость, т. е. в местах разрушения кавитационных полостей [10]. Поврежденные места визуально представляют собой впадины разной-глубины. У подшипников с твердым металлопокрытием повреждение бывает плоским. Разрушенный участок ;имеет вид выкрошенного реже отслоенного покрытия.

В дизельных двигателях имеет место кавитационное разрушение гильз цилиндров. Причиной этого разрушения является источник вибрации и ударных волн, распространение последних в жидкости, появление, рост и разрушение полостей. (Особенно опасны полости с большим начальным радиусом). Если принять во внимание влияние насоса как источника зарождающихся кавитационных центров в данном турбулентном режиме, то можно определить профилактические мероприятия по степени их значимости:

Рис. 36. Кавитационное разрушение (схематически)

5. Богачев И. Н. Кавитационное разрушение и кавитационно-стойкие сплавы. М.: Металлургия, 1972. 192 с.

Оценивая интенсивность коррозии, следует отметить, что диаметр отверстия образцов из монель-сплава не изменился, происходит лишь слабое поверхностное кавитационное разрушение в зоне диаметром ~3мм на стороне, обращенной к струе. С противоположной стороны коррозия отсутствует. Некоторое увеличение диаметра отверстия и слабое кавитационное повреждение наблюдали на образцах из нержавеющей стали,

Наряду с ингибиторами в коррозионной среде могут находиться ионы, ускоряющие скорость коррозии за счет депассивирующего-действия (С1~, Вг~, I"), образования комплексных соединений (NH3, CN~), увеличения скорости катодной реакции (например, Fe3+=e±Fe2+, Си2+з=±Си+). Как правило, скорость коррозионного процесса возрастает с увеличением скорости подвода окислителя в зону реакции. При больших скоростях имеет место совместное воздействие коррозии и абразивного износа (струевая коррозия, эрозионная коррозия). При нарушении гидродинамических условий обтекания поверхности металла в местах отрыва струи возникает корро-зионно-кавитационное разрушение.

14,3 м/с для лития возможно кавитационное разрушение материала.

В работе [136] представлены результаты испытаний на эрозионно-кавитационное разрушение сталей (HY-80, HY-120 и SAE-1020), алюминиевых сплавов и меди в синтетической морской воде и дистиллирО'-ванной воде. Различные степени эрозионного воздействия имитировались с помощью стандартного вибрационного устройства конструкции ASTM. Как правило, в более агрессивной морской воде стойкость к эрозионному разрушению снижалась, максимальные скорости эрозии возрастали и достигались за меньшее время экспозиции.

На установке производится определение условий возникновения кавитации на профиле, участков возможной эрозии в заданном диапазоне изменения кавитационного параметра и углов атаки, гидродинамического качества профиля при отсутствии и наличии кавитации, условий возникновения сильной вибрации профиля.

3. Полярные диаграммы для различных значений кавитационного параметра Ьа.

на профиле кавитационных зон, характеризующих начальную стадию развития кавитации в функции угла а». Кавитационные характеристики профиля при различных ас» в заданном диапазоне изменений кавитационного параметра йд могут быть получены в процессе испытаний в виде диаграмм равного значения К/1 в координатах а<х> — &й (рис. 1-11).

Гидродинамические качества профиля в заданном диапазоне изменений кавитационного параметра АИ могут быть определены посредством измерения лобового сопротивления X и подъемной силы У. Введя коэффициенты подъемной силы Сг и лобового сопротивления

Соотношения коэффициентов Су и Сх в широкой области изменения си, от —3° до +8° при ^й=2,5; 1,6; 0,6; 0,5 для трех .профилей приведены в качестве примера на рис. 1-12. Ход кривых наглядно показывает весьма значительную зависимость обратного качества профилей от величины кавитационного параметра.

Так как конструкция трубы не позволяла создать тождественное воспроизводство свободноструйных условий, были созданы подобные условия посредством максимального открытия стенок канала (рис. 1-14). Полученные результаты для двух значений кавитационного параметра приведены в виде полярных характеристик Су—Су на том же рисунке. Ход кривых оказывается весьма характерным. Если кривые //, особенно для &д = = 1, иллюстрируют неустойчивость потока, то кривые / во всем диапазоне углов атаки ах для обоих значений 20

рабочей воды 7, 14 и 20° С. Как видно, некоторые участки кривых Ооо — &йсо претерпевают инверсию и не согласуются с температурой воды. Одно объяснение этому несоответствию заключается в том, что при способах обнаружения начальной кавитации на профиле, применяемых в институте (визуально и с помощью зондов), довольно трудно зафиксировать момент возникновения кавитации. Но, с другой стороны, такая зависимость может быть вполне закономерной, если учесть, что эффект влияния температуры на характеристики проявляется в изменении числа Ке, которое в свою очередь зависит и от других факторов (кавитационного параметра, формы профиля).

4. Зависимость критического кавитационного параметра сткр от напора.

Рис. 7-21. Зависимость энергетических характеристик т), гз, ц от кавитационного параметра НА при фиксированном значении ср.

поверхности лопасти Х/1 от кавитационного параметра &<г при фикси-кавитационной области на поверхности лопасти от Входной кромки профиля на том же радиусе).

Рис. 7-29. Зависимость угла выхода потока из рабочего колеса а2 от кавитационного параметра ст в условиях разгона.