Kavitace je běžným problémem u čerpadel a regulačních ventilů – způsobuje vážné opotřebení a poškození. Za nesprávných podmínek kavitace dramaticky zkracuje životnost součástí.

Co je kavitace?

Kavitace může nastat, když místní statický tlak v kapalině dosáhne úrovně nižší než tlak par kapaliny při aktuální teplotě. Podle Bernoulliho rovnice k tomu může dojít při zrychlování kapaliny v regulačním ventilu nebo v okolí oběžného kola čerpadla.

K samotnému vypařování nedochází – k poškození dochází, když se pára téměř okamžitě po vypařování zhroutí, když se sníží rychlost a zvýší tlak.

Vyhnutí se kavitaci

Kavitaci lze obecně zabránit

  • zvětšením vzdálenosti (rozdílu tlaků) mezi skutečným místním statickým tlakem v kapalině – a tlakem par kapaliny při skutečné teplotě

Toho lze dosáhnout:

  • rekonstrukcí součástí iniciujících vysoké rychlosti a nízké statické tlaky
  • zvýšením celkového nebo místního statického tlaku v systému
  • snížením teploty kapaliny

rekonstrukcí součástí iniciujících vysoké rychlosti a nízké statické tlaky

Kavitaci a poškození lze zabránit použitím speciálních součástí určených pro skutečné drsné podmínky.

  • podmínky s obrovskými tlakovými ztrátami lze – s omezeními – zvládnout pomocí vícestupňových regulačních ventilů
  • náročné podmínky čerpání s teplotami kapaliny blízkými teplotě vypařování lze zvládnout pomocí speciálních čerpadel –
  • . pracujícími na jiných principech než odstředivá čerpadla

Zvýšení celkového nebo místního tlaku v systému

Zvýšením celkového nebo místního tlaku v systému se zvětší vzdálenost mezi statickým tlakem a odpařovacím tlakem a lze zabránit odpařování a kavitaci.

Poměr mezi statickým tlakem a vypařovacím tlakem – ukazatel možnosti vypařování, se často vyjadřuje kavitačním číslem.

Naneštěstí není vždy možné zvýšit celkový statický tlak z důvodu klasifikace soustav nebo jiných omezení. Místní statický tlak v součástech lze zvýšit snížením (vyvýšením) součásti v systému. Regulační ventily a čerpadla by obecně měly být umístěny v nejnižší části soustavy, aby se maximalizovala statická výška.

Toto je běžné řešení pro napájecí čerpadla kotlů, která přijímají horký kondenzát (vodu o teplotě blízké 100 oC) z kondenzátních sběračů v parních elektrárnách.

Snížení teploty kapaliny

Tlak odpařování závisí na teplotě kapaliny. Tlak par pro vodu – naši nejběžnější kapalinu – je uveden níže:

Teplota
(oC)
Kalkulátor zatížení! 		Tlak par
(kPa, kN/m2)
Kalkulátor zatížení!
0 0.6
5 0.9
10 1.2
15 1.7
20 2.3
25 3.2
30 4.3
35 5.6
40 7.7
45 9.6
50 12.5
55 15.7
60 20
65 25
70 32.1
75 38.6
80 47.5
85 57.8
90 70
95 84.5
100 101,33

Poznámka! – uvědomte si, že tlak odpařování – a případná kavitace – dramaticky roste s teplotou vody.

Voda - tlak odpařování v závislosti na teplotě

Kavitaci lze předejít umístěním součástí do nejchladnější části systémů. Příklad – v otopných soustavách se běžně umísťují čerpadla a modulační ventily do „studených“ vratných potrubí před otopná tělesa a výměníky tepla.