Kawitacja jest częstym problemem w pompach i zaworach regulacyjnych – powoduje poważne zużycie, rozdarcie i uszkodzenia. W niewłaściwych warunkach kawitacja drastycznie skraca czas eksploatacji komponentów.

Co to jest kawitacja?

Kawitacja może wystąpić, gdy lokalne ciśnienie statyczne w cieczy osiągnie poziom poniżej ciśnienia pary cieczy w aktualnej temperaturze. Zgodnie z równaniem Bernoulliego może się to zdarzyć, gdy płyn przyspiesza w zaworze regulacyjnym lub wokół wirnika pompy.

Samo odparowanie nie powoduje uszkodzenia – uszkodzenie następuje, gdy para prawie natychmiast po odparowaniu zapada się, gdy prędkość maleje, a ciśnienie wzrasta.

Avoiding Cavitation

Kawitacji można w ogólności uniknąć przez

  • zwiększenie odległości (różnicy ciśnień) pomiędzy rzeczywistym lokalnym ciśnieniem statycznym w płynie – a ciśnieniem pary płynu w rzeczywistej temperaturze

Można to zrobić przez:

  • reżynierię komponentów inicjujących duże prędkości i niskie ciśnienia statyczne
  • zwiększenie całkowitego lub lokalnego ciśnienia statycznego w układzie
  • obniżenie temperatury płynu

Re-engineering komponentów inicjujących duże prędkości i niskie ciśnienia statyczne

Kawitacji i uszkodzeń można uniknąć stosując specjalne komponenty zaprojektowane dla rzeczywistych warunków przybliżonych.

  • warunki z ogromnymi spadkami ciśnienia mogą – z ograniczeniami – być obsługiwane przez wielostopniowe zawory regulacyjne
  • wyzwania pompowania z temperaturami cieczy bliskimi temperaturze parowania mogą być obsługiwane przez specjalne pompy – pracujące na innych zasadach niż odśrodkowe. działających na innych zasadach niż pompy odśrodkowe

Zwiększanie ciśnienia całkowitego lub lokalnego w układzie

Poprzez zwiększanie ciśnienia całkowitego lub lokalnego w układzie zwiększa się odległość między ciśnieniem statycznym a ciśnieniem parowania i można uniknąć parowania i kawitacji.

Stosunek pomiędzy ciśnieniem statycznym a ciśnieniem parowania – wskaźnik możliwości parowania, jest często wyrażany liczbą kawitacji.

Niestety nie zawsze jest możliwe zwiększenie całkowitego ciśnienia statycznego ze względu na klasyfikacje systemów lub inne ograniczenia. Lokalne ciśnienie statyczne w komponentach może być zwiększone poprzez obniżenie (podniesienie) komponentu w systemie. Zawory regulacyjne i pompy powinny być umieszczone w najniższej części systemu, aby zmaksymalizować wysokość podnoszenia.

Jest to powszechne rozwiązanie dla pomp zasilających kotły odbierających gorący kondensat (woda o temperaturze bliskiej 100 oC) z odbiorników kondensatu w elektrowniach parowych.

Obniżanie temperatury płynu

Ciśnienie parowania zależy od temperatury płynu. Ciśnienie pary dla wody – naszego najbardziej powszechnego płynu – jest podane poniżej:

Temperatura
(oC)
Kalkulator obciążenia! 		Ciśnienie pary
(kPa, kN/m2)
Kalkulator obciążenia!
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

Uwaga! – Należy pamiętać, że ciśnienie parowania – i możliwa kawitacja – gwałtownie wzrasta wraz z temperaturą wody.

Woda - ciśnienie parowania vs temperatura

Kawitacji można uniknąć umieszczając komponenty w najzimniejszych częściach systemów. Przykład – powszechne jest umieszczanie pomp i zaworów modulujących w systemach grzewczych w „zimnych” przewodach powrotnych przed grzejnikami i wymiennikami ciepła.

.