Кавитация в гидравлике: Кавитация: основные понятия, причины возникновения и ее следствия

Домашнее задание (Э4) №1 Вариант 14 (сопло Лаваля)

Механика жидкости и газа (МЖГ или Гидравлика)

При возникновении кавитации значительно увеличивается сопротивление трубопроводов и, следовательно, уменьшается их пропускная способность, потому что каверны уменьшают живые сечения потоков, скорость в которых резко возрастает, и, как следствие, резко возрастает коэффициент местных сопротивлений (см. рисунок 6.2).

Кавитация в обычных случаях является нежелательным явлением, и ее не следует допускать в трубопроводах и других элементах гидросистем. Она может возникать во всех местных гидравлических сопротивлениях, где поток претерпевает местное сужение с последующим расширением, например, в кранах, вентилях, задвижках, диафрагмах, жиклерах и др. В отдельных случаях возникновение кавитации возможно также и без расширения потока вслед за его сужением, а также в трубах постоянного сечения при увеличении геометрической высоты и гидравлических потерь.

Кавитация может иметь место в гидромашинах (насосах и гидротурбинах), а также на лопастях быстро вращающихся гребных винтов. В этих случаях следствием кавитации является резкое снижение коэффициента полезного действия машины и затем постепенное разрушение ее деталей, подверженных воздействию кавитации.

В гидросистемах кавитация может возникать в трубопроводах низкого давления — во всасывающих трубопроводах. В этом случае ее область распространяется на значительную часть всасывающего трубопровода или даже на всю его длину. Поток в трубопроводе при этом делается двухфазным, состоящим из жидкой и паровой фаз.

Очевидно, что при столь значительной парогазовой фазе нормальная подача жидкости по трубопроводу нарушается. Конденсация выделившихся паров (частичная или полная) и растворение газа происходят в насосе, где давление значительно повышается, и в напорном трубопроводе, по которому жидкость движется под высоким давлением от насоса к потребителю.

6.2 Течение с облитерацией

Иногда при течении через капилляры и малые зазоры наблюдается явление, которое не может быть объяснено законами гидравлики. Оно заключается в том, что расход жидкости через капилляр или зазор с течением времени уменьшается, несмотря на то, что перепад давления, под которым происходит движение жидкости, и ее физические свойства остаются неизменными. В отдельных случаях движение жидкости по истечении некоторого времени может прекратиться полностью. Это явление носит название облитерации, и его причина кроется в том, что при определенных условиях уменьшается площадь поперечного сечения канала (зазора, капилляра) вследствие адсорбции (отложения) полярноактивных молекул жидкости на его стенках.

Толщина адсорбционного слоя для масел составляет несколько микрометров, поэтому при течении через капилляры и малые зазоры этот слой может существенно уменьшить площадь поперечного сечения или даже полностью перекрыть его.

6.3 Гидравлический удар в трубопроводе

Гидравлическим ударом называют резкое повышение давления, возникающее в напорном трубопроводе при внезапном торможении потока жидкости. По сути, гидравлический удар представляет собой колебательный процесс, возникающий в упругом трубопроводе с капельной жидкостью при внезапном изменении ее скорости, Этот процесс является очень быстротечным и характеризуется чередованием резких повышений и понижений давления. Изменение давления при этом тесно связано с упругими деформациями жидкости и стенок трубопровода.

Гидравлический удар чаще всего возникает при быстром закрытии или открытии крана или иного устройства управления потоком. Однако могут быть и другие причины его возникновения.

Проследим стадии гидравлического удара, возникающего в трубопроводе при быстром перекрытии потока (рисунок 6.4).

Пусть в конце трубы, по которой жидкость движется со скоростью , произведено мгновенное закрытие крана А. Тогда (см. рисункок 6.4, а) скорость частиц жидкости, натолкнувшихся на кран, будет погашена, а их кинетическая энергия перейдет в работу деформации стенок трубы и жидкости. При этом стенки трубы растягиваются, а жидкость сжимается. Давление в остановившейся жидкости возрастает на Δp_уд. На заторможенные частицы жидкости у крана набегают другие частицы и тоже теряют скорость, в резуль­тате чего сечение п—п перемещается вправо со скоростью с, называемой скоростью ударной волны, сама же переходная область (сечение п—п), в которой давление изменяется на величину Δp_уд, называется ударной волной.

Когда ударная волна достигнет резервуара, жидкость окажется остановленной и сжатой во всей трубе, а стенки трубы — растянутыми. Ударное повышение давления Δp_уд распространится на всю трубу (см. рис. 6.4, б).

Но такое состояние не является равновесным. Под действием повышенного давления (р₀ + Δp_уд) частицы жидкости устремятся из трубы в резервуар, причем это движение начнется с сечения, непосредственно прилегающего к резервуару. Теперь сечение п—п перемещается по трубопроводу в обратном направлении — к крану — с той же скоростью с, оставляя за собой в жидкости давление p₀ (см. рисунке 6.4, в).

Жидкость и стенки трубы возвращаются к начальному состоянию, соответствующему давлению p₀. Работа деформации полностью переходит в кинетическую энергию, и жидкость в трубе приобретает первоначальную скорость , но направленную в противоположную сторону.

С этой скоростью «жидкая колонна» (см. рисунок 6.4, г) стремится оторваться от крана, в результате возникает отрицательная ударная волна (давление в жидкости уменьшается на то же значение Δp_уд). Граница между двумя состояниями жидкости направляется от крана к резервуару со скоростью с, оставляя за собой сжавшиеся стенки трубы и расширившуюся жидкость (см. рисунок 6.4, д). Кинетическая энергия жидкости вновь переходит в работу деформации, но с противоположным знаком.

Состояние жидкости в трубе в момент прихода отрицательной ударной волны к резервуару показано на рисунке 6.4, е. Так же как и для случая, изображенного на рисунке 6.4, б, оно не является равновесным, так как жидкость в трубе находится под давлением (р₀ – Δp_уд), меньшим, чем в резервуаре. На рисунке 6.4, ж показан процесс выравнивания давления в трубе и резервуаре, сопровождающийся возникновением движения жидкости со скоростью .

Очевидно, что как только отраженная от резервуара ударная волна достигнет крана, возникнет ситуация, уже имевшая место в момент закрытия крана. Весь цикл гидравлического удара повторится.

Теоретическое и экспериментальное исследования гидравлического удара в трубах было впервые выполнено Н.Е.Жуковским. В его опытах было зарегистрировано до 12 полных циклов с постепенным уменьшением Δp_уд. В результате проведенных исследований Н.Е.Жуковский получил аналитические зависимости, позволяющие оценить ударное давление Δp_уд. Одна из этих формул, получившая имя Н.Е.Жуковского, имеет вид

,                                                  (6.1)

где скорость распространения ударной волны с определяется по формуле

,

где К — объемный модуль упругости жидкости;

       Е — модуль упругости материала стенки трубопровода;

       d и δ — соответственно внутренний диаметр и толщина стенки трубопровода.

Формула (6.1) справедлива при прямом гидравлическом ударе, когда время перекрытия потока t_закр меньше фазы гидравлического удара t₀:

В лекции “Службы баннерного обмена” также много полезной информации.

,

где l — длина трубы.

Фаза гидравлического удара t₀ — это время, за которое ударная волна движется от крана к резервуару и возвращается обратно. При t_закр > t₀ ударное давление получается меньше, и такой гидроудар называют непрямым.

При необходимости можно использовать известные способы «смягчения» гидравлического удара. Наиболее эффективным из них является увеличение времени срабатывания кранов или других устройств, перекрывающих поток жидкости. Аналогичный эффект достигается установкой перед устройствами, перекрывающими поток жидкости, гидроаккумуляторов или предохранительных клапанов. Уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводе за счет увеличения внутреннего диаметра труб при заданном расходе и уменьшение длины трубопроводов (уменьшение фазы гидравлического удара) также способствуют снижению ударного давления.

Кавитация и NPSH (net positive suction head – кавитационный запас)

NPSH (net positive suction head), т. е. кавитационный запас – одно из наиболее проблемных понятий в гидравлике насосов. Во многих статьях говорится о проблемах, вызываемых кавитацией, но, как правило, не раскрывается само это понятие. Ниже упрощённо объясняются связи кавитации и NPSH (кавитационного запаса)

При составлении системы с центробежным насосом и выборе насосов во избежание проблем следует всегда учитывать требование кавитационного запаса (именуемого в дальнейшем NPSH).

Если давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости падает ниже абсолютного давления жидкости в зоне входа на лопатки рабочего колеса, то в жидкости образуются пузырьки пара. При работе насоса образовавшиеся пузырьки пара движутся вдоль поверхности лопатки рабочего колеса от центра в сторону. (Рис. 1)

При движении пузырьков таким образом постоянно возрастает давление жидкости, окружающей пузырьки пара. Когда пузырёк достигает зоны, в которой давление окружающей жидкости больше, чем давление внутри пузырька, пузырёк разрушается – коллапсирует. Это явление является противоположностью взрыву. Как правило, таких пузырьков сотни, и они все коллапсируют на лопатке рабочего колеса практически на одной линии.

Такой коллапс создаёт как гидравлические, так и механические проблемы. И для предотвращения данной ситуации и устанавливается изготовителем насоса требование минимально потребного кавитационного запаса, при котором данное явление не возникает или же оно минимально. Это требование обозначается NPSHr, а единицей является метр высоты столба жидкости. (NPSHr – “required” – требуемый кавитационный запас, т. е. необходимый для работы насоса).

Коллапсирующие пузырьки создают специфический звук, будто в насосе движутся камешки. Шум может оказаться настолько сильным, что начнёт оказывать существенное влияние на рабочую среду.

Вторым проявлением возникающих проблем является «выпадение» насоса из графика. Кавитируя, насос создаёт давление значительно ниже ожидаемого, и его производительность падает (Рис. 2)

Третьим проявлением являются механические повреждения, которые происходят в результате кавитации. Кавитация создаёт сильную вибрацию, поскольку чередующиеся на рабочем колесе пузырьки газа и жидкость создают неравномерную нагрузку. Лопаясь, каждый пузырёк создаёт также ударную волну, которая с течением времени разрушает рабочее колесо, постепенно вырывая материал с его поверхности. Скорость такого процесса, т. е. количество удаляемого материала зависит от интенсивности кавитации и от материала рабочего колеса.

Если рабочее колесо состоит из ферритового материала, такого, например, как чугун, то при прокачке воды чугун корродирует и, в то же время, в результате ударной волны происходит эрозия материала. Если используемый материал является более коррозионностойким, как, например, бронза, то мы имеем дело только с эрозией, вызванной ударной волной, однако меньшая прочность этого материала приводит к тому, что на нём образуются следы эрозии, схожие с чеканкой – напоминающие поверхность, обработанную молоточком для чеканки. Материалы с высокой коррозионной стойкостью, такие, как нержавеющая сталь, дуплексная сталь и т. п. благодаря своей твёрдости дольше выдерживают воздействие эрозии от ударной волны, т. е. кавитации, однако с течением времени агрессивная кавитация разрушает любое рабочее колесо и выводит из строя подшипники насоса.

С течением времени кавитация образует в рабочем колесе отверстие, однако ещё до этого возникают механические проблемы, поскольку рабочее колесо больше не является сбалансированным, и вибрация разрушает как подшипники, так и уплотнения.

Выше описан результат, возникающий при нарушении нормы NPSH (допускаемого кавитационного запаса). Ниже приводим примерный подход на практике к значениям NPSH.

NPSHa (NPSH “availible” – располагаемый).

* Используем международно принятый способ написания) рассчитывается по формуле:

NPSHa = p – Hh + Hs – Hvp, где (1)

p – абсолютное давление,

Hh – это потери в трубопроводе от трения

HS – статическая высота уровня жидкости от оси рабочего колеса насоса.

Hvp – давление насыщенных паров жидкости

Все единицы представлены в метрах или в футах водяного столба.

В открытой системе при давлении воздуха 760 мм рт. ст. со стороны нашей атмосферы NPSHa (располагаемый кавитационный запас насоса) составляет 10,33 м.в.ст. Данное давление влияет на уровень жидкости (в формуле p).

На практике используется единица м.в.ст. (метры водяного столба, кратко – метры, англ.: mwc – meter water column)

Необходимо помнить, что если мы оперируем с жидкостями, удельный вес которых не равен единице, то полученный в результате произведенных действий результат следует всегда умножать на удельный вес жидкости.

При выборе насосов необходимо обеспечить, чтобы: NPSHa > NPSHr

(NPSHr – “required” – требуемый кавитационный запас, т. е. необходимый для работы насоса).

Кроме конструкции насоса, NPSHr зависит также от расположения рабочей точки насоса на графике «давление/производительность», и на графиках насосов представляется отдельно графиком «NPSHr/производительность».

На рисунке 3 приведены следующие размеры:

Hs – статическая высота всасывания, Формула 1

Hd – статическое дифференциальное давление насоса.

Абсолютное дифференциальное давление насоса получим, прибавив к данному статическому значению потери в трубопроводе при движении жидкости.

Что это такое и как это предотвратить?

Представлено в Muncie Power Quarterly, Issue 4, 2018

Второй основной причиной выхода из строя гидравлического насоса после загрязнения является кавитация. Кавитация – это состояние, которое также может потенциально повредить вашу гидравлическую систему. По этой причине понимание кавитации, ее симптомов и методов предотвращения имеет решающее значение для эффективности и общего состояния не только вашего гидравлического насоса, но и вашей гидравлической системы в целом.

Определение кавитации

Причина и следствие

Причины

• Плохая сантехника
• Ограничения расхода
• Высоковязкое масло

Продукт избыточного вакуума, создаваемого на входе гидравлического насоса (сторона подачи), кавитация – это образование и схлопывание паров внутри гидравлического насоса.Высокий вакуум создает пузырьки пара в масле, которые переносятся на сторону нагнетания (нагнетания). Эти пузырьки затем схлопываются, вызывая кавитацию.

Этот тип отказа гидравлического насоса вызван плохим водопроводом, ограничениями потока или высокой вязкостью масла; однако основной причиной кавитации является плохой водопровод. Плохая водопроводная сеть является результатом неправильного размера шланга или фитингов и / или непрямого (непрямого или вертикального) пути от насоса к резервуару. Например, ограничения потока включают накопление в сетчатом фильтре, использование шланга неправильной длины или клапана, который не полностью открыт.Наконец, масло с высокой вязкостью или слишком вязкое масло не будет легко течь в насос. Вязкость масла должна соответствовать климату и области применения, в которой используется гидравлический насос.

Результаты

• Избыточный нагрев
• Сильные взрывы
• Пониженная смазка
• Трение и износ

Самый большой ущерб, вызванный кавитацией, возникает из-за чрезмерного тепла, выделяемого при схлопывании пузырьков пара под давлением на выходе насоса или на стороне нагнетания.На стороне нагнетания эти пузырьки пара схлопываются, поскольку давление заставляет газы возвращаться в жидкое состояние. Коллапс этих пузырьков приводит к сильным взрывам, втягивающим окружающий материал или обломки в коллапс. Температура в точке взрыва может превышать 5000 ° F. Имейте в виду, что для того, чтобы эти взрывы произошли, должен быть высокий вакуум на входе и высокое давление на выходе.

Без давления на выходе или стороне нагнетания эти пары просто образуют пустоты в масле, которые снижают эффективность смазки.Это приводит к трению и износу, которые кажутся незначительными по сравнению с чрезмерным нагревом и сильными взрывами, но со временем могут стать пагубными.

Распознавание кавитации

Кавитация обычно распознается по звуку. Насос издает либо «воющий» звук (более мягкие условия), либо «дребезжащий» звук (от сильных взрывов), который может звучать как мраморные шарики в банке. Если вы слышите какой-либо из этих звуков, сначала необходимо определить источник.То, что вы слышите один из этих двух звуков, не гарантирует, что виноват ваш гидравлический насос.

Чтобы изолировать насос от коробки отбора мощности (ВОМ) для подтверждения источника, снимите болты, соединяющие два компонента, и отсоедините насос от ВОМ. Затем запустите вал отбора мощности без насоса и посмотрите, сохраняется ли звук. В противном случае можно с уверенностью предположить, что проблема в гидравлическом насосе.

Вещественные доказательства

Еще одним признаком того, что у вас может быть кавитация, являются вещественные доказательства.В рамках общего технического обслуживания вы должны проверять и заменять элементы фильтра гидравлического масла через регулярные промежутки времени в зависимости от рабочего цикла приложения и частоты его использования. Если во время осмотра и замены этих элементов вы обнаружите металлический мусор, это может быть признаком кавитации в насосе.

Самый простой способ определить исправность всего гидравлического контура – это проверить фильтр. В каждой системе должен быть установлен фильтр гидравлического масла.Фильтры возвратной линии должны быть подключены к, как вы уже догадались, возвратной линии от привода обратно в резервуар – как можно ближе к резервуару. Как упоминалось ранее, в этом фильтре будут элементы, которые необходимо регулярно заменять. Если вы обнаружите металлический мусор, возможно, в вашем насосе возникла кавитация. Затем вам нужно будет промыть всю систему и снять насос для проверки.

Урон

И наоборот, если вы уже определили, что насос поврежден, вам следует снять фильтрующий элемент, разрезать его и осмотреть.Если вы обнаружите много металла, вам необходимо промыть всю систему и следить за другими компонентами, которые в результате могут выйти из строя.

После обнаружения кавитации в гидравлическом насосе необходимо определить точную причину кавитации. Если вы этого не сделаете, кавитация может привести к отказу насоса и повреждению дополнительных компонентов, что потенциально может стоить вам вашей системы.

Предотвращение кавитации

Поскольку насос питается под действием силы тяжести и атмосферного давления, путь между резервуаром и насосом должен быть как можно более вертикальным и прямым.Это означает, что насос должен быть расположен как можно ближе к резервуару, без 90-градусных фитингов или ненужных изгибов подающего шланга. По возможности убедитесь, что резервуар размещен над насосом, а также самые большие порты подачи в резервуаре. И не забывайте, убедитесь, что резервуар имеет надлежащую крышку сапуна или находится под давлением (3-5 фунтов на квадратный дюйм), либо с помощью воздушной системы, либо с помощью крышки сапуна.

Убедитесь, что запорный клапан линии подачи (при наличии) полностью открыт без ограничений.Это должен быть «полнопоточный» шаровой кран с таким же внутренним диаметром (внутр. Диаметр), что и подающий шланг. Если возможно, найдите вакуумметр, который можно вставить в линию подачи, и подключите его к входному отверстию насоса. Активируйте ВОМ и задействуйте гидравлическую функцию, контролируя манометр. Если он показывает> 5 дюймов рт. Ст., Выключите его и продолжите осмотр.

Если в резервуаре есть сетчатый фильтр, осмотрите его и удалите любой мусор или наросты, которые могут ограничивать поток подачи.Затем проверьте наливной (всасывающий) шланг на наличие видимых линий укладки (описательная маркировка на шланге). Номенклатура «всасывающего» шланга промышленного стандарта будет читать 100R4 или, возможно, SAER4. Это будет указывать на то, что в шланге есть внутренний баллон, который вулканизирован в виде тяжелой спиральной проволоки.

Шланг с внутренним баллоном, вулканизированным в виде тяжелой спирали, спроектирован так, чтобы выдерживать условия вакуума, а не внешнее давление. Линия прокладки также будет обозначать размер шланга (внутренний диаметр). Вы можете использовать калькулятор гидравлических шлангов Muncie Power PPC-1, чтобы определить оптимальный диаметр для вашего конкретного применения на основе рабочих потоков.

Ламинарный поток

Еще одно соображение, касающееся водопровода на входе, – это ламинарный поток. Чтобы уменьшить шум и турбулентность на входе в насос, длина подающего шланга должна быть как минимум в 10 раз больше его диаметра. Это означает, что любой тип запорного клапана или сетчатого фильтра в резервуаре должен располагаться на расстоянии не менее 10 диаметров от входа насоса. Расширяющийся фланцевый фитинг на входе насоса также может снизить шум насоса как минимум на 50 процентов по сравнению с фитингами SAE, JIC или NPT.

Правильная вязкость

Выбор подходящей вязкости гидравлической жидкости для вашего климата и области применения также имеет решающее значение. Слишком вязкое масло не будет так легко течь в насос. Обратитесь к местному поставщику гидравлического масла за помощью в выборе оптимальной вязкости жидкости.

Поддерживая регулярный график технического обслуживания, сохраняя бдительность в отношении любых признаков или симптомов и принимая превентивные меры, хорошая новость заключается в том, что вы сможете предотвратить кавитацию и обеспечить эффективную работу в течение всего срока службы вашего насоса.

• Более эффективные и дорогие насосы более подвержены кавитации (в следующем порядке: поршень, лопасть, шестерня)
• Кавитация не обязательно означает выход из строя помпы – это зависит от продолжительности и степени тяжести.
• Эффекты кавитации нельзя обратить вспять
• Плохая водопроводная система является основной причиной кавитации, и ее можно предотвратить, выбрав шланг надлежащего размера, выбрав соответствующие фитинги, обеспечивая наиболее прямой и прямой путь от насоса к резервуару и т. Д.
• Кавитация в насосе рассматривается в Школе прикладных программ Манси и программе онлайн-обучения M-Power Tech
.

Бен Гиллум, менеджер по гарантии и возврату

С момента прихода в компанию в 2007 году Бен Гиллум занимал различные должности, включая клерка по доставке и получению, сборку CS, менеджера по обслуживанию клиентов, специалиста по применению продукта, помощника менеджера по обучению и обучению, а также менеджера по гарантийному обслуживанию и возврату.

Аэрация и кавитация в конструкции гидравлической системы

Дэвид Марлоу • Владелец / генеральный директор • Техническое обучение DMAR и бизнес-центры DMAR США

При проектировании гидравлической системы важно понимать разницу между кавитацией и аэрацией и понимать, какой ущерб они могут нанести.

Как ранее обсуждалось в нашем апрельском выпуске, очень важно поддерживать надлежащий уровень жидкости в резервуаре, чтобы гарантировать, что имеющийся чистый положительный напор на всасывании (NPSHA) больше, чем чистый положительный напор на всасывании, необходимый для насоса.

Каждый раз, когда NPSHA равен NPSHR, нестабильность потока жидкости, движущейся к насосу и через него, будет влиять на точечную кавитацию, которая может (и будет) возникать.

Аэрация – это процесс, при котором воздух циркулирует с гидравлической жидкостью, смешивается с ней или растворяется в ней. Он возникает, когда воздух попадает в систему через уплотнения насоса, трубопроводную арматуру и штуцеры, которые являются обычным явлением в местах утечки воздуха.

Аэрация ускоряет разложение жидкости и вызывает повреждение компонентов системы из-за потери смазки, перегрева и сгорания уплотнений.

Хотя вы не можете увидеть кавитацию, демонстрация в учебном центре Eaton в Моми, штат Огайо, демонстрирует крайний пример воздействия чрезмерного количества воздуха в гидравлической жидкости.

Кавитация, с другой стороны, – это образование пузырьков газа, которые создают в жидкости полости для пара. Это происходит, когда пузырьки газа в жидкости подвергаются быстрым изменениям давления. Это более высокое давление вызывает сжатие пузырьков воздуха, что приводит к возникновению мощного миниатюрного гидроудара (ударной волны).Эта ударная волна вызывает значительный износ, поскольку пузырьки газа лопаются на металлической поверхности или около нее, вызывая циклические напряжения из-за повторяющихся взрывов.

Результат этих взрывов вызовет поверхностную усталость и повреждение металлических поверхностей. Этот тип износа называется «инерционной кавитацией».

Кавитация возникает, когда объем жидкости, требуемый какой-либо частью гидравлического контура, превышает объем подаваемой жидкости. Это приводит к тому, что абсолютное давление в этой части контура падает ниже давления паров гидравлической жидкости.Это приведет к образованию пузырьков газа.

Разница между ними заключается в том, как воздух попадает в систему. Кавитация вызывается NPSHA и может быть остановлена ​​простым замедлением потока жидкости через систему. С другой стороны, если проблема заключается в аэрации, вам необходимо определить местонахождение и изолировать утечку воздуха в систему, поэтому решение проблемы может занять больше времени. Однако урон от обоих одинаков.

Ниже приведены наиболее часто обнаруживаемые симптомы, предупреждающие о кавитации и аэрации:

Чрезмерный шум в гидравлических системах часто вызывается аэрацией и / или кавитацией.Воздух в гидравлической жидкости издает стук или стук, когда он испытывает высокое и низкое давление в системе при циркуляции через систему.

Высокие температуры жидкости выше 180 ° F (82 ° C) вредны для работы системы и могут повредить уплотнения и ускорить разрушение жидкости. Высокие температуры могут быть вызваны чем угодно, что снижает способность системы рассеивать тепло (низкий уровень резервуара) или увеличивает ее тепловую нагрузку (воздух выделяет тепло при сжатии).

Помимо повреждения уплотнений и сокращения срока службы гидравлической жидкости, высокая температура жидкости может вызвать повреждение компонентов системы из-за граничной смазки в результате чрезмерного истончения масляной пленки (более низкий индекс вязкости), что, в свою очередь, приводит к образованию полной пленки. потеря смазки.

Медленная работа, или снижение производительности системы часто является первым признаком того, что что-то не так. В гидравлической системе скорость и отклик регулируются потоком.Следовательно, потеря скорости указывает на потерю потока.

Другие симптомы включают неустойчивое движение привода и клапана.

Последствия кавитации в гидравлической системе могут быть серьезными. Кавитация вызывает эрозию металла, повреждая компоненты системы и загрязняя жидкость. Кавитация также может вызвать механическое повреждение компонентов системы.

Кавитация может возникать в любом месте гидравлического контура; однако в насосе обычно возникает гидродинамическая кавитация.Линия всасывания насоса между резервуаром и насосом должна быть открытой и не иметь препятствий. Если в насосе есть сетчатый фильтр или фильтр на входе, важно предотвратить его засорение. Частично закрытый всасывающий клапан или ограниченная линия всасывания приведет к увеличению скорости жидкости в линии всасывания, вызывая снижение температуры кипения жидкости, когда давление жидкости опускается ниже давления пара. Это приведет к испарению некоторых молекул жидкости.

Ниже перечислены распространенные причины аэрации и кавитации, поэтому следите за своей системой на предмет любых из этих неправильных конструкций:
1. Ограничение подачи жидкости к насосу
2 . Ослабленное соединение или фитинги на всасывающей линии
3. Низкий уровень гидравлической жидкости и / или низкий NPSHA
4. Чрезмерная скорость насоса; обязательно проверьте технические характеристики насоса и двигателя.
5. Неправильная гидравлическая жидкость или масло неправильной вязкости
6. ​​ Вспенивающееся масло и / или низкий или старый уровень масла
7. Засорение вентиляционного отверстия воздухозаборника резервуара
8 . Слишком низкая температура масла
9. Насос поврежден или изношен

Повреждение гидравлической системы, вызванное неразрешенной кавитацией, может быть чрезвычайно дорогостоящим и вызывать длительные простои. Предотвратить эту проблему можно с помощью надлежащего проектирования и обслуживания системы. И всегда прислушивайтесь к своей гидравлической системе. Дребезжание или стук – это не звук приветствия гостя.

Техническое обучение DMAR и бизнес-центры DMAR США
www. dmarbusinesscenters .com

Кавитация гидравлического насоса: учимся на основе основ

Кавитация в насосе всегда является серьезной проблемой в гидроэнергетике, которая приводит к отказу / поломке насоса.Кавитация возникает, когда жидкость / масло содержит растворенный газ и разрушается во время работы машины. Короче говоря, кавитация – это образование и схлопывание воздушных полостей в жидкости. Факторами, влияющими на образование пузырьков воздуха, являются давление в системе, температура, тип жидкости и внешние / внутренние утечки. В этой статье будут освещены все важные факты о кавитации насоса, включая ее симптомы, методы предотвращения и многое другое.

Что такое кавитация насоса? Как мы упоминали ранее, кавитация – это процесс образования воздушного пузыря в гидравлической жидкости.Основной причиной этой проблемы является падение частичного давления на всасывающей стороне насоса, возникающее при перекачивании жидкости из резервуара в гидравлический насос. Это различное давление приведет к образованию полости внутри гидравлического насоса. Образовавшийся воздушный пузырь взорвется внутри насоса, что приведет к отказу системы. Существует множество других причин кавитации насоса, в том числе следующие.

• Забит всасывающий сетчатый фильтр или сапун резервуара
• Чрезмерно низкая / высокая температура жидкости
• Неправильная вязкость жидкости
• Чрезмерная внутренняя утечка
• Низкое давление жидкости
• Проблемы, связанные с гидравлическим насосом, такие как слишком малая впускная линия, слишком малая площадь впускного отверстия впускной трубы насоса, слишком много изгибов впускной линии насоса и т. Д…
• Неправильное расположение насоса и резервуара
• Чрезмерное число оборотов приводного вала насоса и скорость поворота

Кроме того, каждое гидравлическое масло обычно содержит 9% растворенного воздуха. Когда в насос не поступает достаточное количество масла, воздух будет вытягиваться из масла. Когда этот воздушный пузырь достигает области высокого давления, он взрывается или схлопывается.

Кавитацию можно разделить на категории в зависимости от ее воздействия и различных условий. В зависимости от эффектов кавитация может быть двух типов, называемых инерционной кавитацией и неинерционной кавитацией.Инерционная кавитация вызовет ударную волну при схлопывании пузырька или пустоты, присутствующей в жидкости. В то время как неинерционная кавитация возникает, когда воздушный пузырь в жидкости меняет свою форму из-за акустического поля или другого типа подводимой энергии. Точно так же кавитация на всасывании и кавитация на нагнетании – это две категории кавитации, основанные на разных условиях. Т.е. Всасывающая кавитация возникает в условиях высокого вакуума или низкого давления, что влияет на поток, а кавитация на нагнетании возникает, когда давление нагнетания насоса становится аномально высоким.

Результатом кавитации являются чрезмерное нагревание, уменьшение смазки, сильные взрывы, трение и износ. Эти проблемы могут вызвать серьезные повреждения насоса, что приведет к поломке гидравлической системы. Симптомами кавитации являются необычный звук во время работы насоса, наличие металлического мусора и повреждения. Когда возникают эти симптомы, необходимы надлежащий осмотр и устранение неисправностей.

Если избежать кавитации в насосе, насос будет обеспечивать максимальную производительность в течение более длительного периода времени.Ниже приведены некоторые советы по предотвращению кавитации.

• Правильно установите насос и резервуар. Т.е. Насос не может быть установлен слишком высоко / слишком далеко от резервуара.
• Уменьшить фитинги и изгибы на всасывающей линии насоса.
• Выберите насос подходящего размера
• Поддерживать достаточную температуру и давление жидкости
• Избегайте использования всасывающих фильтров
• Установить сапун фильтр на бачок

Гидравлическая система: Подробнее о кавитации и аэрации – Hydraproducts | Гидравлические системы

Хотя аэрация и кавитация очень похожи, они вызваны совершенно разными ситуациями.

Кавитация возникает при образовании воздушных полостей, которые затем схлопываются в жидкости. Например, когда гидравлическая жидкость перекачивается из резервуара, в линии всасывания к насосу падает давление. Затем жидкость проталкивается в насос, а не всасывается. Аэрация возникает из-за утечки в фитинге. Фитинги могут ослабнуть из-за многолетней вибрации.

Большая часть гидравлического масла содержит около 9% растворенного воздуха. Когда масло не поступает в насос достаточно быстро, из масла будет вытягиваться воздух.Затем воздух под очень высоким давлением попадает в насос и взрывается. Это может привести к тому, что насос будет завывать с высоким звуком при повреждении.

Кавитация также возможна при экстремальных температурах. Например, пузырьки могут образовываться, когда жидкость имеет высокую температуру, но при низком давлении. Опять же, пузырьки, попадающие в насос, могут схлопнуться и вызвать кавитацию. Также возможно, что низкие температуры делают масло более вязким, и это может препятствовать его попаданию в насос.(Масла с высоким индексом вязкости обычно сопротивляются этой тенденции, но они могут быть дорогими и поэтому не используются широко). Рекомендуется не запускать гидравлическую систему с маслом, температура которого ниже 40 ° F. Систему нельзя подвергать нагрузке до тех пор, пока температура масла не достигнет хотя бы 70 ° F.

Если нужное количество жидкости не может быть доставлено в насос из-за слишком высокой скорости привода, это также может вызвать кавитацию. Насос не должен устанавливаться выше уровня гидравлической жидкости в резервуаре, иначе атмосферное давление не будет достаточным для подачи масла на вход насоса.Это то, что является тенденцией систем, которые работают высоко над уровнем моря из-за условий более низкого уровня атмосферы.

Регулярно читайте наш блог о гидравлических системах, чтобы получить дополнительную информацию о том, как избежать кавитации и аэрации.

Отказ гидрораспределителя из-за кавитации

Недавно клиент попросил меня посоветовать им возможность ремонт большого гидравлического клапана от Экскаватор 400 тонн, используемый в открытых горных работах.

Речь идет о гидрораспределителе с гидрораспределителем золотникового типа. Он был сильно поврежден в результате кавитация, возникшая в течение длительного периода эксплуатации.

Что такое кавитация?

Кавитация возникает, когда объем гидравлической жидкости требует какой-либо части гидравлического контура превышает объем подаваемой жидкости.

Это приводит к снижению абсолютного давления в этой части контура. упадут ниже давления паров гидравлической жидкости.Этот приводит к образованию пузырьков пара внутри жидкости, которые взорваться при сжатии.

Кавитация вызывает эрозию металла, что приводит к повреждению гидравлической системы. компонентов и загрязняет гидравлическую жидкость. В крайних случаях кавитация может привести к серьезному механическому отказу насосов и моторы.

В то время как кавитация обычно возникает в гидравлическом насосе, она может происходить просто так. примерно в любом месте гидравлического контура.

В описанном выше гидравлическом клапане эрозия металла в корпус клапана был настолько тяжелым, что клапана больше не было исправный. Клапан был буквально съеден внутрь, в результате хронической кавитации.

В данном конкретном случае причина кавитации была неисправна. антикавитационные клапаны, которые предназначены для предотвращения этого типа повреждений от возникновения.

Как можно предотвратить этот тип отказа?

Этот пример подчеркивает важность проверки операции и наладка устройств защиты цепей, в том числе антикавитационные и регулирующие клапаны нагрузки, через равные промежутки времени.

Как и в этом случае, если неисправные антикавитационные клапаны были выявили и заменили достаточно рано, повреждение этого гидрораспределителя и значительных затрат на его замену можно было бы избежать.

Примечание редактора : для получения дополнительной информации о гидравлических отказах и способах их предотвращения прочтите Предотвращение гидравлических отказов.

Если вам понравилась эта статья, вам понравится информационный бюллетень Брендана Кейси Inside Hydraulics .Он дает вам реальные практические инструкции, гайки и болты, ноу-хау в области гидравлики – информацию, которую вы можете использовать сегодня. Вот что об этом сказали несколько участников:

Не могу оторваться
«Я получаю такие электронные письма все время. Я никогда не нахожу времени их читать. Я решил прочитать 30-й выпуск и не смог оторваться. С этого момента я найду время.?

Ричард А. Шейд, CFPS, инженер проекта (гидравлическое проектирование), JLG Industries Inc.

Так ценно, что я получил повышение
«Знания, которые я получил из этого информационного бюллетеня, были настолько ценными, что я получил повышение !?

Джек Бергстром, механик по тяжелому оборудованию, Sharpe Equipment Inc.

Love It – Keep Them Coming
? Мне просто нравится этот информационный бюллетень. Как инструктор по гидравлике в Eaton, я делаю копии и распространяю их своим ученикам, когда обращаюсь к различным темам. Пожалуйста, продолжайте их приходить.?

Майкл С. Лоуренс, инструктор по гидравлике, Eaton Hydraulics Inc.

Чтобы получить БЕСПЛАТНУЮ подписку на (стоимость 149 долларов), просто введите свое имя и основной адрес электронной почты в форму ниже и нажмите “ПОДПИСАТЬСЯ СЕЙЧАС!”

Домашняя страница

Авторские права © 2000–2013 Брендан Кейси; HydraulicSupermarket.com

Может ли кавитационный износ повредить вашу гидравлическую систему?

Три способа обнаружения кавитационного износа в гидравлическом оборудовании

Остерегайтесь медленной работы

Медленная работа или более продолжительное время цикла обычно являются первым признаком того, что у вас может быть проблема кавитации в вашем гидравлическом оборудовании.К сожалению, к тому времени, когда вы заметите плохое время цикла, это означает, что какая-то часть уже подверглась достаточному кавитационному повреждению для утечки, что приводит к уменьшению потока и, следовательно, также к сокращению времени цикла.

Слушайте аномальный шум

Когда гидравлическое оборудование становится слишком шумным, это может быть причиной аэрации или кавитации. Аэрация обычно вызывает более громкие звуки, похожие на стук, когда большие пузырьки воздуха сжимаются и разжимаются. Звуки кавитации обычно тише и часто описываются как рычание или дребезжание.Звуки кавитации тише, потому что пузыри меньше, и они больше похожи на рычание, чем на стук, потому что так много пузырей лопаются одновременно.

Следите за температурой жидкости

Высокая температура жидкости и кавитация идут рука об руку. Когда температура жидкости начинает повышаться, это может отрицательно сказаться на вязкости жидкости. По мере уменьшения вязкости уменьшается и сопротивление кавитации. Вероятно, вы увидите больше повреждений от кавитации, и, если не решить проблему повышения температуры жидкости, вы можете столкнуться с поломкой деталей.

Нужна помощь?

Если вы обнаружили какой-либо из вышеперечисленных симптомов в своем гидравлическом оборудовании или хотите получить второе мнение о своих выводах, вы можете позвонить в Bernell Hydraulics. Мы отправим квалифицированного специалиста на ваше рабочее место, чтобы оценить ваше оборудование, помочь диагностировать кавитацию и порекомендовать решение, которое не только заменит любые поврежденные детали, но и устранит основную причину кавитации, чтобы предотвратить повреждение в будущем. У нас есть тонны гидравлических деталей на складе, и мы можем быстро получить доступ к большему количеству через наши связи с ведущими производителями, поэтому вы можете быть уверены, что ваши ремонтные работы будут выполнены как можно быстрее.Мы даже предлагаем круглосуточное обслуживание в экстренных случаях.

: почему плохой воздух?

Воздух – это загрязнитель!

Air достаточно удобен для поддержки всех форм жизни; тем не менее, это может быть чрезвычайно вредным, если позволить проникнуть в масляные гидравлические системы. Поэтому воздух следует рассматривать как загрязнитель, такой же как грязь, ил и вода. Воздух может вызвать такие проблемы, как:

Гидравлические компоненты, особенно насосы, зависят от особой смазывающей пленки жидкости, разделяющей движущиеся части.Когда эта пленка нарушена определенным процентным содержанием воздуха, прочность пленки жидкости и, следовательно, ее смазывающие качества снижаются, что приводит к контакту металла с металлом и преждевременному износу.

Пузырьки воздуха, перемещающиеся от впускного отверстия к выпускному отверстию насоса, подвергаются быстро возрастающему давлению. Пузыри взрываются, вызывая чрезмерный шум. Пузырьки под давлением будут сильно взрываться при перемещении из зоны давления насосов в зону всасывания, также вызывая чрезмерный шум.Эти взрывы способны оторвать закаленную сталь от насосных камер.

Гидравлические системы передают энергию через среду (масло) известной плотности. Если плотность или объемный модуль жидкости изменяется воздухом, это отрицательно сказывается на жесткости системы. Это может привести к резким, медленным и иногда неконтролируемым движениям.

Защита гидравлической системы от перегрева имеет первостепенное значение для срока службы системы и компонентов. От 30 до 50% мощности, потребляемой системой, может отдаваться маслу в виде тепла.Температуру можно ограничивать или даже контролировать с помощью таких устройств, как теплообменники, охладители или лучистые характеристики самого резервуара.

Гидравлические клапаны иногда представляют собой самостоятельные мини-гидравлические контуры. Воздух также может повлиять на их работу всеми вышеперечисленными способами.

Что такое кавитация?

Кавитация – это вытягивание из раствора межмолекулярных и увлеченных газов. Нефть иногда называют несжимаемой; однако это не совсем так.Эмпирическое правило заключается в том, что масло обычно сжимаемо до половины процента на 1000 фунтов на квадратный дюйм. Сжатые агенты представляют собой межмолекулярные и увлеченные газы (иногда называемые воздухом), растворенные в масле.

Эти межмолекулярные и увлеченные газы имеют тенденцию оставаться в растворе при атмосферном давлении. Эти газы можно извлечь из раствора, создав вакуум в жидкости.

Атмосферное давление – это вес одного квадратного дюйма атмосферы Земли от его наивысшей точки до среднего уровня моря.Обычно считается, что это 14,7 фунтов на квадратный дюйм (PSI) или приблизительно 29,92 дюйма ртутного столба. Производители гидравлических насосов обычно оценивают входные характеристики своего насосного оборудования как способные создавать определенное максимальное количество вакуума на своих входных портах. Часто это выражается в дюймах ртутного столба (дюймы ртутного столба) на уровне моря при работе с определенным типом жидкости (например, нефтью). Максимальный размер гидравлического насоса 6 дюймов, установленный производителями. Hg на уровне моря в жидкостях на нефтяной основе – очень распространенное явление.В этом случае производитель говорит, что их насос требует чистого положительного давления на входе не менее 23,92 дюйма. Hg, отчасти для того, чтобы избежать выхода газов из суспензии.

Атмосферное давление действует на всю поверхность жидкости внутри гидравлического резервуара. Когда насос создает разрежение во входном отверстии, атмосферное давление толкает пластовую жидкость в насос. Если насос создает вакуум 6 дюймов ртутного столба, результирующее чистое положительное давление на входе будет:

29.92 дюйма Hg (атмосферное давление на уровне моря) – 6 дюймов. Hg = 23,92 дюйма. Чистое положительное давление на входе Hg. Это соответствует указанным выше спецификациям производителей насосов.

Если, однако, система работает на высоте 5000 футов над уровнем моря, игра в мяч меняется. Вес этого столба воздуха на высоте 5000 футов будет меньше; приблизительно 11,7 фунтов на квадратный дюйм или 23,8 дюйма ртутного столба. Эта ситуация приведет к меньшему чистому положительному входному давлению, доступному для насоса, и, вероятно, приведет к кавитации в насосе, как указано ниже:

23.8 дюймов Hg (атмосферное давление на высоте 5000 футов) – 6 дюймов. Hg = 17,8 дюйма. Чистое положительное давление на входе Hg. Это намного ниже технических характеристик производителя насоса, как указано выше.

Любые ограничения во впускной линии насоса будут иметь эффект ограничения; тем самым уменьшая величину чистого положительного давления на входе, доступного для насоса.

Любое увеличение высоты над средним уровнем моря уменьшит чистое положительное давление на входе, доступное для насоса.

Любое из следующего снизит чистое положительное атмосферное давление наддува, доступное на впускном отверстии насосов, что может привести к кавитации:

• Ограничения на входе в насосы
• Высота насоса выше уровня моря
• Работа с жидкостями с удельным весом, превышающим тот, на котором рассчитывалась номинальная мощность насоса на входе (особенно жидкости с высоким содержанием воды и водно-гликолевые жидкости)
• Слишком маленький диаметр впускной линии насоса
• Слишком большая длина впускной линии насоса
• Чрезмерное количество колен во впускной линии насоса
• Входные сетчатые фильтры или фильтры несоответствующего размера
• Грязные сетчатые фильтры или фильтры на входе
• Жидкость с высокой вязкостью
• Отсутствие достаточного давления наддува

Что такое инфильтрация воздуха?

Проникновение воздуха – это втягивание атмосферного воздуха в систему (чаще всего во входную линию насосов).

Следующие ситуации могут вызвать проникновение воздуха:

1. Ослабленная арматура на впускном трубопроводе (ах) насосов

2. Негерметичное уплотнение вала насоса

3. Износ или отсутствие уплотнений (уплотнительных колец) на впускных патрубках насосов

4. Низкий уровень жидкости в резервуаре

Проникновение воздуха часто звучит так, как будто шарики проходят через насос.

Рекомендации

Существует множество способов решения проблем кавитации и инфильтрации воздуха в конструкции современной гидравлической системы:

• Постройте впускные линии насоса, по крайней мере, того же размера, что и впускное соединение насоса.
• Не используйте сетчатые фильтры на впуске насоса.
• Используйте несколько колен во впускной линии насоса, если таковые имеются.
• Используйте небольшое количество соединительных муфт во впускной линии насоса, если таковые имеются.
• Сделайте впускные линии как можно короче
• Убедитесь, что соединения впускной линии насоса герметичны и не имеют утечек.
• Поддерживать соответствующий уровень жидкости в резервуаре
• Поместите насос ниже уровня жидкости в резервуаре (верхний резервуар или резервуар в форме буквы «L»).Это абсолютно необходимо на высоте не менее 5000 футов над уровнем моря для нефти или 2500 футов над уровнем моря для жидкостей, содержащих воду.

Возникают ли они из-за кавитации или проникновения воздуха, воздух (или газы) могут быть чрезвычайно опасными для срока службы насоса. Хотя загрязнение не является чем-то необычным, многих конкретных причин можно избежать с помощью правильного проектирования системы и методов изготовления. Однако профилактическое обслуживание также обычно требуется.

В случае сомнений проконсультируйтесь со своим местным специалистом по гидроэнергетике.

Примечание : «Технические советы», предлагаемые Flodraulic Group или ее компаниями, представлены для удобства тех, кто может пожелать их использовать, и не представлены в качестве альтернативы формальному обучению гидроэнергетике или профессиональной помощи в проектировании систем.