И. Пирсол - Кавитация (1163263), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Аналогичную зависимость можно получить на ос- 1в ф йв вь Гь' йа ве нъ и мн и йз 3 Дй ь тилло Реялольдса ( рй) Рис. б. а как функция числа Рейнольдса для !2ей-ного профиля Жуковского с нулевым углом атаки. новании числа Рейнольдса (рис. 5), хотя во всех экспериментах (поскольку они проводились с водой) число Рейнольдса выражалось просто как произведение скорости потока и размеров модели.
Масштабный эффект при изменении температуры будет рассмотрен ниже (см.5.4). Схлопывание кавитациоиных пузырьков создает ударные волны и, следовательно, шум. По существу это «белый шум» ', занимающий широкую полосу частот, простирающуюся вплоть до !МГц, причем, по некоторым данным, пузырьки меньших размеров создают высокочастотный шум„низкие же частоты связаны с коллапсом больших пузырьков. Для создания кавнтации нередко используготся ультразвуковые волны. Этот метод прйменяется нри ультразвуковой очистке и исследованиях кавитационной эрозии.
' В ряде случаев вто утверждение неправильно и кавитационный шум имеет вполне определенный спектр частот, соответствуюших его наибольшей интеисивноств. — Прим. реп. 00 40 ~~ 00 Ю Д2 04 Д0 00 $0 12 24 $0 10 20 22 20 тлоа камжшРтл Ж~тл 10та) Рие. О. Кавнтацнонныа шум в турбазе (Л'М = 400), Шум может служить признаком возникновения кавитации, и часто акустические методы определения начала кавитации имеют преимущества перед визуальными нз-за меньших субъективных ошибок. На рис. 6 представлены результаты определения числа кавитации турбины Каплана с помощью визуальных и акустических методов 114].
Эксперименты показали, что существует связь между кавнтационным шумом и эрозионным повреждением. Максимальный шум и эрозия на цилиндре наступают одновременно 1151. Разработка методов, связывающих шум с эрозией, может значительно облегчить предсказание последней. 3.
Навитационная эрозия Осиовма[й ирййивмзй в кввнтации является эрозия. Высокие Явеприь меивтювввеся давления и тепловые удар иые велзвапг впгзывинзт в ымпермале вблизи сжимиющегосв пуззнвивкп рвзруптммиа, и[юмюнеой которых, вощмевпю, являются усталостные процессы. Насосы, турбины, винты„а также такие элементы, как клапаны и вентили, нередко подвергаются существенной эрозии (рис. 7). Щоцесс эрозии материала может происходить настолько ойстро', что 'винты корабля ' после одного рейса, а рабочее "колесо' ' 'насоса" 'после нескольких йедель' рработы выходят" нз'строя. Поэтому довольно часто, через регулярййе промеЖуткй времени, приходится заваривать эрознонные раковины, созданньи кавитацмей иа лопатках турбин.
В других случаях механизмы годами работают в условиях кавмта« пив без заметных повреждений. В настоящее время точно не известны условия, ирм которых возникает значительная кавитацнонная эрозия, но несомненно, что она усиливаегся с ростом скорости жидкости относительно рассматриваемых узлов машин и механизмов. ' Клк отмечалось выше, давления, вызывающие разрушение материалов, по последним данным [д22[, определяются воздействием кумулятивяых струек, образующихся при несимметричном смыкании кавитанионнык пузырьков. еТепловые ударные волнью вообще отсутствуют. В связи с болыной теплоемкостью н маской окружаю. щей пузырек среды существенных изменений температуры в ней нп возникает.— Лри,и. ред, 21 Ряс.
7. Кавитационная эрозия в насосе. 3.1. Выбор материалов Большинство материалов, подвергающихся действию кавитацин, обладает начальным (инкубационным) периодом, в течение которого эрозия отсутствует (на рис. 8 он обозначен буквой А). За инкубационным следует период быстрого увеличения эрозионных повреждений (В), а затем период относительно стабильного состояния (В), когда скорость эрозии почти постоянна. Наконец, когда поверхность уже сильно изъедена и покрыта раковинами, скорость эрозии уменьшается (Г). На практике наибольший интерес представляют инкубационный период и период наибольшей скорости эрозии. Если длительность инкубационного периода будет превышать срок службы какого-либо компонента машины, то опасность эрозии этого компонента отсутствует.
К сожалению, до сих пор мы еще не в состоянии предсказывать продолжительность инкубационного периода для конкретных частей машины. Однако, определяя скорость эрозии различных материалов, можно оценить относительное сопротивление этих материалов эрозии (рис.
9). Такой внд испытаний обычно используется в 22 йр йу гп гу ау уу ну гугоймыитвлькасть иснитоний, в Рис, 8. Скорость эрозии 'дли различных материалов. Брр Ф фЖ ~~грр $ грд фйЮ у гр ы гр гу хр уу Про0ояхитвльнсаиь ислитаний, в Рис. У. Результаты эрозионных нснытаннй различных материалов. А-латунь; Б- ннакоуглеровистая сталь; В-высококровная лагуны Г-ору- Лийвмй металл; д-мозель-Металл; Б-иержавеющаи сталь.
качестве ускоренного метода определения сопротивления материалов эрозии. Таблияа 1 Зрозионные н прочностные кярлктерястнкн металлов Проч. ность на разрьы кг/сие Относительное удлинении, я скорость иронии. иитч таер- дость Модуль Юнга, кг/сн' Материал 2! 1. 1Ос 5 970 332 425 152 345 1,18 ° 10л 1,!8 10с 1,24 1Ое 1,72 !ое 10 200 13 200 4 870 10 200 20 19 35 Результаты лабораторных испытаний !табл.
!) показывают, что наиболее стойким к кавитационной эрозии материалом как в пресной, так и в морской воде являет ся алюмйни вая бронза. К тому же этот материал отли. чается очень хорошими аитикоррозионными свойствами. ь)днако алюминйевая бронза трудно поддается литью, поэтому в настоящее время разрабатываются другие сплавы, свободные от этого недостатка. Коррозионные и эрозионные свойства таких сплавов почти такие же, как у алнзминиевой бронзы. Высоким сопротивлением эрозии обладают нержавеющие стали, лучшей из иих считается мартенситнай 24 Низкоуглеродистяя сталь Нержавеющая сталь » Высоконрочная лзтунь, Орудийный металл Алюминиевая бронза Бронза Новостон Моиель К-500 Моиель К-500 (стзреющнй) Титзи Титан Никель Железо 2,12 ° 1Оз 2,12 ° 10' 2,02 !О' 2,02 10е 2 !! 10с 2,! ! ° 10е 2,08 !Ос 208.
1Оь 2,02 10' 0,9!5 ° 10а 0,88 ° !бл 12 10л 1,34 ° 10е 1,24 ° 10е 1,66 !ое 1,46 1Ое 7 950 11 000 6600 6 200 б 900 12 200 5 750 5 650 7 600 4020 2 900 4 730 6 600 7 150 8 400 11 300 26 17 66 59 26 1 38 48 1 17 22 12 6 21 19 13 253 321 183 228 228 439 197 176 293 120 96 155 211 208 289 396 1,3 1,1 1,7 1.7 0.5 1.0 1,3 1,8 4,7 4,9 0,8 0,6 1,5 2,8 1,2 1,1 0,8 4,4 1,3 сталь. Если же в каком-то случае основной проблемой является коррозия, то предпочитают использовать аустенитные стали, хотя их сопротивление эрозии ниже, чем у мартенситных сталей. Хорошим сопротивлением эрозии и агрессивным средам характеризуются никелевые сплавы, например монель-металл.
Титан также очень устойчив к эрозии и коррозии, но он слишком дорог для повседневного применения. Мягкие материалы менее подвержены эрозии. К ним относится, например, свинец, но иа практике он почти не используется. Резина и пластики успешно применяются в качестве покрытии 1сопротивление эрозии нейлона и полиэтилена почтйтакое же, как у нержавеющей стали),. Основной 'трудпоствкг при испбльзбвании покрытий является необходимость обеспечить нх надежное прилеганне к металлическим деталям, особенно в условиях кавитационного коллапса. В агрессивных жидкостях повреждения происходят особенно быстро в результате двойного воздействия как кавнтациониой эрозии, так и коррозии.
Эрозия разрушает поверхность материала и способствует удалению с нее защитной окисной пленки, создавая тем самым идеальные условия для коррозии. 3.2. Методы испытаний Как мы уже отмечали, эрозия материалов начинается довольно быстро, но для исследовательских целей такая скорость недостаточна, Поэтому возникает необходимость в разработке ускоренных методов испытаний, Обычно эрозия оценивается по весовым потерям материала. Метод вибраций Образец в форме диска крепится иа конце магнитострикционного вибратора. Вибратор совершает в вертикальной плоскости колебания, близкие к синусоидальным, с частотой около 20 кГц. При испытаниях образец погружают в жидкость, и кавитация возникает на его поверхности в виде маленьких сферических пузырьков.
Время появления заметной эрозии образца составляет от 30 мин до 16 ч в зависимости от свойств материала. Состояние кавитационного облака зависит от вязкости и упругости жидкости. Для отличных от воды жидкостей описанный метод видоизменяется: испытуемый образец дяввьлй Овдаввн аковаяьня Рис. г0. Схема зрозионных испытаний с помощью магннтострик- ниоииого вибратора. укрепляется стационарно на площадке под вибратором и эрозия возникает на этой «наковальне». Ударный метод Исследуемый образец закрепляется на кромке повеса, вращающегося с большой скоростью, и периодически пересекает струю воды. В этом случае эрозия обусловливается не кавитационными факторами, однако получае. ' мыс результаты близки к результатам других кавита* йваахазтнгийоя Одразвгг в бйса (=й000орахину Сгтугвя воды Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
