И. Пирсол - Кавитация (1163263), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Проектирование этих устройств на основе теории или модельных экспериментов в большинстве случаев позволяет свести к минимуму влияние кавитации (см. гл. 4). Соответствующий выбор материалов значительно снижает эрозионные повреждения таких устройств (см.
гл. 3). Прн этом весьма эффективным является использование вжцитиых покрытий из .мягких (резина, пластики) или твердых (нержавеющая сталь) материалов. Однако обеспечить достаточно плотное прилегание таких покрытий к поверхности основных.материалов довольно трудно, поэтому в основном все попытки применять подобные покрытия не увенчались успехом [46 — 48). 8. Кавитационные испытания Проведение кавитационных испытаний на опытных образцах объектов нередко осуществить трудно, поэтому обычно используются модели.
При модельных испытаниях определяются характеристики объектов (насосов, турбин, винтов, торпед, подводных крыльев) для различных значений давления во всем диапазоне режимов работы объектов: от бескавитационного обтекания до ре жима падения характеристик. В этих целях обычно используют гндродинамическую трубу замкнутого типа, которая снабжена прозрачными окнами для наблюдения кавнтацик. Основными элементами такой трубы являют. ся рабочая часть, куда помещается испытуемый объект, дииамометры или датчики давления для измерения ха.
рактеристик турбины, насос с изменяемым числом оборотов для приведения жидкости в движение и система ре гулировки давления. Гидродниамическая труба, показанная на рис. 44 (52), обычно используется для испытания водяных турбин. Модель турбины' (размером 500 мм) закрепляется на верху установки, и поток воды попадает на иее из конфузора через спрямляющий аппарат, который служит для обеспечения постоянного профиля скоростей и низкой степени турбулентности. Далее поток по отводящему каналу попадает в отстойник и затем через расходомер поступает к насосу, расположенному на 10 м ниже модели турбины (что позволяет избежать кавитацни в насосе).
Насос располагается перед ресорбером, который служит для уничтожения газовых пузырей, выделяющихся в процессе испытаний. Вода несколько раз проходит вверх н вниз по коленам ресорбера, пока газ (в основном воздух), находящийся под давлением, опять не П 7 80 !1 Б Ургееяэ 8рж~ а 222 „У4 э з Ю Нцаееош,у Пдоееяэ Пойешные Ошгруауеяягб РО2МИЦЕИие 88!ООИО НаЯОРНО8О паррота Рис. 44. Гндродинамическая труба замкнутого типа для испытания водяных турбин. 1 — ресорбер;,2-дпффуэар с решеткой; 8 высононапорнмй насос; а — леррнк-кран; 8 †сменн участок, 8 †верхк крепленне; 7 †направляющ аппарат; 8 †воздукосбарннк; 9-спрямляющая решетка; 1о-регуларуе. мый люнет; ы-конфузор; 12 †моде тур. бкпы; 18 в универсальная подвеска турбнныг 19 — дпэамометр; И вЂ” воздухосборннк; 18 †навравляющая решетка; 17-воэдухосборнк»; 18 †пропеллерн насос с регулнруеммм шагом; 19 — механкзм кзменення шага; 29— управление сноростью; 2! †мо дкнамометра: 22-подвнжная станнна; 28-люк; 28-дезаэратор; Ы- резервуар «онтролн давлееяя; 28 — реснвер повышенных н пониженных да вленнй; 27 — нспарктель холодильной установкн: 28 — вакуумвый сосуд; 29 в вакуумпма насос;ео †основн насос;81 в пэтрубок деэааратора; 82 †водост.
растворится в ней. После этого поток вновь поднимается и попадает на лопатки модели турбины. Труба снабжена системой регулировки, которая позволяет изменять величину абсолютного давления в турбине от значений, близких к нулю, до 4 атм. Кроме того, имеются система охлаждения и аэратор, последний служит для варьирования газосодержания в воде. В случае разомкнутой трубы расходомер может быть оттарирован путем сброса воды во взвешиваемую емкость. Турбина соединяется с электрическим динамометром. Таким образом, измеряются все величины, необходимые для определения к. и. д, турбины (момент на валу турбины, скорость, напор и расход). В кавитациониых испытаниях турбина работает при постоянной мощности и расходе, давление же уменьшается до тех пор, пока не возникнет кавитация и не упадут характеристики.
Гидродинамическую трубу можно приспособить и для испытаний подводных крыльев, торпед или других тел, если заменить турбину н отстойник рабочей частью. Рабочая часть снабжается прозрачными смотровыми окнами, а также оборудованием для измерения сил и моментов при испытании крыльев. Для уменьшения влияния пограничного слоя в стенках рабочей части трубы делаются щели. Аналогичная установка используется для испытаний винтов. Винт укрепляется в рабочей части и,прнводнтся в движение валом.
Упор винта н момент на валу измеряются дннамометрами. Чтобы приблизить условия испытаний к естественным, вал винта наклоняют под некоторым углом. Измерения расхода в таких испытаниях не требуется, поэтому скорость в рабочей части измеряется трубкой Пито. При испытании насосов, обладающих собственной двигательной установкой, конструкция трубы несколько упрощается (рис. 45). В этом случае можно также пользоваться разомкнутой трубой с засасываннем воды насосом непосредственно из открытого бассейна, уровень которого понижается для образования в насосе кавитацин, Методы испытаний материалов на сопротивление кавитационной эрозии уже рассматривались в гл. 5.
9. Ультразвуковая и биологичесная кавитация Кавитацня может возникать под действием звуковых волн. Нв практике обычно используются волны ультразвукового диапазона частот (10 кГц — 10 МГц), так как при их воздействии образуются пузырьки малых размеров. Прн распространении звуковых волн в жидкости создается- поле переменного давления, под влиянием которого пузырьки периодически увеличиваются,и схлопываются.
Ультразвуковая методика обычно используется для исследования физики кавитации, поскольку она позволяет эффективно контролировать размеры и распределение пузырьков. С помощью ультразвука исследуется влияние на возникновение кавитацня таких параметров, как температура, вязкость, давление и газосодержание. 9.1. Хизвичесиие процессы Ультразву~ая кавнтацня широко применяется в некоторых "ййзйзволствейййх" йр~ой:сах'„" йапйимер для ускорения химическйхреакцнй очисткй дегазацйи жидкости, эм льгй оваййя.
Бо всех этйх случаях воздейстййе ультразвуково кавитации обусловлено в основном одним или двумя эффектами, создаваемыми ею. Резонирующие пузырьки действуют как смеситель, увеличивая площадь контакта между двумя жидкостями яли между жидкостью и ограничивающей ее поверхностью. Этим путем осуществляются процессы очистки и эмульгировання трудно смешнваемых жидкостей. Ультразвуковая кавитацня находит. широкое применение для возбуждения химических реакций, которые в противном случае не идут, особенно это отяосится к реакциям, протекающим в водной среде. В работе 1491 рассматривается большое число химкческих реакций, кото- рые начинаются или ускоряются под действием ультразвуковой кавитации.
Например, если воздействовать ультразвуковыми волнами высокой интенсивности иа растворы полимеров, то их вязкость уменьшается вследствие разрушения химических связей в цепочке полимеров. 9.2. Биологические и медицинские аспекты Кавитация оказывает разрушающее действие на красные кровяные тельца, дрожжевые клетки и бактерии и поэтому нередко используется для экстрагирования клеток. Так, с помощью кавитации удалось экстрагировать ферменты, обладающие малым молекулярным весом.
Кавитацию используют также для удаления вирусов из ткани, пораженной инфекцией. Установлено, что при низкой интенсивности кавитации рост организмов стимулируется, затем с увеличением интенсивности наступает некоторый предел роста, и, наконец, он прекращается совсем. Скорость гибели организмов возрастает с увеличением времени воздействия и температуры. Предполагается, что разрушение бактерий обусловлено как действием кавитации внутри бактерий, так н образованием перекиси водорода в воде.
Несомненно, определенную роль в разрушении вирусов играет выделение газа из раствора, а также изменение давления. Кавитация в крови наносит ущерб организму человека. Поток крови в артериях и венах существенно отличается от обычных течений жидкостей, поскольку он заключей й сйстему эластичных «труб» и испытывает заметйые пульсации. Предполагается, что кавитация на« йосит повреждения сердечным клапанам, а также вызывает утолщение стенок артерий, стимулируя тем самым ; развитие атеросклероза. Кавнтация в водоемах нередко приводит к гибели рыб. На многих гидроэлектростанциях рыбы с потоком воды проходят между лопатками турбин, и в результате часть из них погибает.
При этом на телах погибших рыб не обнаруживается никаких повреждений, следовательно, причиной их гибели являются не удары лопаток турбины: гибель рыбы обусловлена низкими давлениями и чрезвычайно высокими градиентами давления, вызванными ка. витацией иа лопатках. 10. Перспективы В настоящее время при исследовании кавитании основное внимание уделяется вопросу о возможности предсказания кавнтации и эрозии в машинах и механизмах при заданных материалах и условиях течения жидкости, При наличии эрозии необходимо знать ее скорость. Разумеется, все эти проблемы невозможно разрешить за короткий срок, но их решение позволит в одних случаях успешно избежать кавитацни, а в других целенаправленно управлять ею, Разработка и применение суперкавитируюших насосов, по-видимому, позволят увеличить производительность и уменьшить размеры насосов прн сокрашении расходов на их установку и обслуживание.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
