Kavitaatio – johdanto

Kavitaatio on yleinen ongelma pumpuissa ja säätöventtiileissä – se aiheuttaa vakavaa kulumista, kulumista ja vaurioita. Väärissä olosuhteissa kavitaatio lyhentää komponenttien käyttöikää dramaattisesti.

Mitä on kavitaatio?

Kavitaatiota voi esiintyä, kun nesteen paikallinen staattinen paine saavuttaa tason, joka on alle nesteen höyrynpaineen todellisessa lämpötilassa. Bernoullin yhtälön mukaan näin voi tapahtua, kun neste kiihtyy säätöventtiilissä tai pumpun juoksupyörän ympärillä.

Höyrystyminen itsessään ei aiheuta vahinkoa – vahinko tapahtuu, kun höyry lähes välittömästi höyrystymisen jälkeen luhistuu nopeuden pienentyessä ja paineen kasvaessa.

Kavitaation välttäminen

Kavitaatio voidaan yleensä välttää

• lisäämällä etäisyyttä (paine-eroa) nesteen todellisen paikallisen staattisen paineen – ja nesteen höyrynpaineen välillä todellisessa lämpötilassa

Tämähän voidaan tehdä:

• uudistamalla komponentteja, jotka aiheuttavat suuria nopeusnopeuksia ja alhaisia staattisia paineita
• lisäämällä järjestelmän kokonais- tai paikallista staattista painetta
• alentamalla nesteen lämpötilaa

Komponenttien, jotka aiheuttavat suuria nopeusnopeuksia ja alhaisia staattisia paineita

Kavitaatioilta ja vaurioilta voidaan välttyä käyttämällä erikoiskomponentteja, jotka on kehitetty todellisiin karkeisiin olosuhteisiin.

• olosuhteet, joissa painehäviöt ovat valtavia, voidaan – rajoituksin – hoitaa monivaiheisilla säätöventtiileillä
• haastavat pumppausolosuhteet, joissa nesteen lämpötila on lähellä höyrystymislämpötilaa, voidaan hoitaa erikoispumpuilla – – -. jotka toimivat muiden periaatteiden kuin keskipakopumppujen mukaan

Kokonais- tai paikallisen paineen nostaminen järjestelmässä

Kokonais- tai paikallisen paineen nostaminen järjestelmässä kasvattaa staattisen paineen ja höyrystymispaineen välistä etäisyyttä ja höyrystymistä ja kavitaatiota voidaan välttää.

Staattisen paineen ja höyrystymispaineen välistä suhdetta – joka on osoitus höyrystymisen mahdollisuudesta – ilmaistaan usein kavitaatioluvulla.

Valitettavasti staattisen kokonaispaineen nostaminen ei aina ole mahdollista järjestelmien luokittelun tai muiden rajoitusten vuoksi. Komponenttien paikallista staattista painetta voidaan nostaa laskemalla (korottamalla) komponenttia järjestelmässä. Säätöventtiilit ja pumput tulisi yleensä sijoittaa järjestelmän alimpaan osaan staattisen korkeuden maksimoimiseksi.

Tämä on yleinen ratkaisu kattilansyöttöpumpuissa, jotka vastaanottavat kuumaa lauhdevettä (lähes 100 oC:n vettä) höyryvoimalaitosten lauhdevesivaraajista.

Nesteen lämpötilan alentaminen

Höyrystymispaine riippuu nesteen lämpötilasta. Veden – yleisimmän nesteemme – höyrynpaine on ilmoitettu alla:

Huom! – huomioi, että haihtumispaine – ja mahdollinen kavitaatio – kasvaa dramaattisesti veden lämpötilan kasvaessa.

Kavitaatiota voidaan välttää sijoittamalla komponentit järjestelmien kylmimpään osaan. Esimerkki – lämmitysjärjestelmissä on yleistä sijoittaa pumput ja modulointiventtiilit ”kylmiin” paluulinjoihin ennen lämmittimiä ja lämmönvaihtimia.