Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика (Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика), страница 7

Разрушение пузырьков сопровождается тр местными гидравлическими микроударами большой повторяемости. ка л> грр а~ гер мо гор 'г Кавитация нарушает нормальный ре- темлерал>ура ттаолг эким работы гидросистемы, а в отдельных случаях оказывает разрушающее действие Рнс. 11. Давление насыпсенных паРОВ распространенных минеральных масел на ее агрегаты. Разрушительному действию кавнтацин подвергаются насосы, золотники, клапаны и прочие гидроагрегаты. С появлением кавитации в насосах понижается их подача, а также наблюдаются высокочастотные колебания давления в нагнетательной линии насоса и ударные нагрузки на детали, могущие вызвать преждевременный выход их из строя.

Кроме того, происходит кавитационное разрушение (разъедание) поверхностей деталей с образованием на них характерных изъязвлений (поверхностной рыхлот'ности). Ло настоящего времени не существует строго обоснованного описания механизма кавитационного разрушения деталей гидроагрегатов. Наиболее широко распространена гипотеза, согласно которой зто разрушение в основном происходит в результате высокой повторяемости местных гидравлических и тепловых ударов, обусловленных соударением частиц жидкости н сжатием газа в момент смыкания парогазовых пузырьков, находящихся в непосредственной.близости от стенок канала (ограждающих поверхностей).

Схематически механизм возникновения кавитации и его разрушительного действия сводится к следующему. При соответствующем понижении давления в какой-либо точке потока жидкость вскипает (происходит ее разрыв), выделившиеся же при этом пузырьки пара и газа увлекаются потоком и переносятся в область более высокого давления, в которой паровые пузырьки конденсируются, а газовые сжимаются.

Так как процесс конденсации парового и сжатия газового пузырьков происходит мгновенно, частицы жидкости перемещаются к их центрам с большой скоростью, достигающей по расчетам нескольких сотен метров с секунду, в результате кинетическая энергия соударяющихся частиц вызывает в момент смыкания пузырьков местные гидравлические микроудары, сопровождающиеся забросами давления и температуры в центрах пузырьков (по расчетам температуры в месте смыкания пузырька могут достигать значений 1000 — 1500' С). В том случае, если процессы кавитации протекают вблизи стенок ограждающих каналов, то последние будут подвергаться непрерывным тепловым 25 и гидравлическим ударам (бомбардировкам), которые вызывают местные разрушения стенок.

Под действием высоких температур в присутствии кислорода воздуха происходит также активное окисление (коррозия) ограждающих поверхностей. Указанные ударные действия частиц жидкости дополняются воздействием на металл электролитических процессов. Способы борьбы с кавитацией й ее последствиями. Основным способом борьбы с кавитацией является максимальное снижение разрежения в зонах возможной кавитации, которое частично может быть достигнуто повышением окружающего давления.

В частности, борьба с кавитацией во всасывающей камере насосов в основном ведется путем обеспечения на всасывании такого давления, которое способно было бы преодолеть без разрыва потока жидкости гидравлические потери во всасывающей магистрали, в самой камере всасывания, включая также и сопротивление, обусловленное инерцией жидкости в этих магистралях. 4Ф яя а аг бз дб»„/~,„ Рис. 13.

Кривая, характеризующая стабильность расхода через хаиитационное устройство Рис. 12. Схема наяитационного устройства для стабилизации расхода жидкости Для снижения разрушительного действия на детали агрегатов кавитации применяют стойкие против коррозии материалы (сталн с добавкой хрома н никеля) и покрытия деталей, омываемых кавитируемой жидкостью. Как правило, стойкость материалов против кавитационного разрушения повышается с увеличением механической их прочности (твердости) и химической (окислительной) стойкости, причем лучшие результаты дают материалы, в которых совмещаются оба эти качества.

Наименее стойкими являются чугун и углеродистая сталь, более стойкими — бронза и нержавеющая сталь. Наиболее стойким из известных материалов является титан. Практическое использование кавитации. Кавитацию часто используют для практических целей. В частности, она используется в устройствах (рис. 12) для стабилизации расхода жидкости.

Устройство состоит из дроссельной шайбы 1, измеряющей расход жидкости, и осесимметричной дроссельной иглы 2, служащей для введения устройства в кавитационный режим работы. При понижении давления р,„, на выходе, в данном случае из сопла Вентури, при постоянном давлении п,„на входе в него скорость потока жидкости повышается, в соответствии с чем давление в суженном сечении сопла понижается. После снижения этого давления до значения, соответствующего началу кавитации жидкости, последняя вскипает.

Поскольку сопротивление сопла после этого увеличивается пропорционально интенсивности кавитации, которая, в свою очередь, повышается с увеличением перепада давления, расход через сопло после возникновения кавитации стабилизируется, сохраняясь постоянным независимо от дальнейшего снижения давления на выходе из сопла. При уменьшении этого давления лишь расширяется зона кавитации по диффузной части, начиная от суженного сечения. Подобные кавитационные устройства (сопла) используют для стабилизации расхода при колебаниях давления на выходе.

Они обеспечивают регулирование расхода жидкости в большом диапазоне отношений расходов ()10) при одновременной стабилизации расхода на каждом режиме. 26 На рис. 13 показана кривая зависимости регулируемого расхода жидкости от перепада давления на сопле при различных значениях (от 10 до 30 кГ!см') давления р„ на входе и давления р„,„ на выходе, изменяющегося от 0 до входного (30 кГ)см ). Измерения проведены при расходе жидкости от 500 до 40 000 см'lсек при давлениях р,„= 10; 20; 25 и 30 кГ)см'. Из графика следует, что расход жидкости сохранялся постоянным (коэффициент расхода р изменялся от 0,96 до 0,97) в широком диапазоне режимов. Нарушение стабилизированного расхода происходит практически при значениях критического давления на выходе р,„„.

~ р,„, где р,„— давление потока на входе в сопло. Кавитационный эффект широко используется для очистки изделий от сварочной окалины и различных загрязнителей, а также для обработки поверхностей деталей (снятия с изделий окалины и заусенцев, улучшения поверхностей и пр.), которая достигается благодаря кавитационной эрозии. Применяющиеся жидкости В гидросистемах машин обычно применяют рабочие жидкости минерального происхождения с кинематической вязкостью при 50' С примерно 1О— 150 ест.

В гидросистемах машин, предназначенных для работы в стабильных температурных условиях при давлениях менее 100 кГ)см', обычно применяют масла с вязкостью 20 — 40 сст (при 50' С), а при давлении до 200 кГ(си*'— с вязкостью 40 — 60 сст. В гидросистемах же прессов с давлением 500— 600 кГ)АР вязкость жидкости часто доводят до 110 — 150 ест.

Гидросистемы многих машин и установок работают в условиях высоких температур, достигающих 300' С и выше, при которых минеральные жидкости и нх смеси не пригодны для работы. Лучшие с этой точки зрения существующие минеральные жидкости пригодны для работы при температуре не выше 150' С.

При более же высоких температурах минеральные жидкости вступают в реакцию с кислородом воздуха и разлагаются с выделением твердых пленок и смолистых осадков, могущия нарушить работу гидросистемы. Кроме того, повышение температуры сопровождается увеличением давления насыщенных паров жидкости, что способствует возникновению кавитации.

Ввиду этого для работы в условиях высоких температур (150' С и выше) можно применять без специальных охлаждающих устройств лишь высокотемпературные жидкости, наиболее распространенными из которых являются синтетические жидкости, в частности полисилоксановые и кремний- органические, которые сочетают в себе как высокотемпературные, так и низкотемпературные свойства. В практике распространены полисилоксановые (силиконовые) жидкости, которые обладают удовлетворительными температурно-вязкостными характеристиками в широком температурном диапазоне и отличаются механической прочностью и устойчивостью против окисления, а также высокой термической стабильностью, сохраняя ее даже при нагревании в присутствии кислорода воздуха.

В контакте с воздухом они допускают длительное нагревание при температурах до 250' С, в закрытых же системах без доступа воздуха их можно длительно использовать при температуре до 370' С. Одновременно эти жидкости допускают работу гидросистемы при температурах — 60' С и ниже. Кроме того, они обладают также низким давлением насыщенных паров значение которого при температуре 60'С не превышает 1 мм рт. ст., а также являются практически огнестойкими и предотвращающими распространение огня. К недостаткам полисилоксановых жидкостей относится то, что они расстворяют все существующие пластификаторы синтетических каучуков. Поэтому уплотнительные кольца, изготовленные из этих каучуков, становятся за непродолжительное время работы хрупкими и растрескиваются, в резуль- 27 тате чего гидроагрегаты неизбежно теряют герметичность.