Cтраница 3
Одним из источников вибрации ГЦН может быть кавитация. Начальные стадии паровой кавитации отчетливо проявляются в диапазоне частот 5 - 30 кГц и выше, а ее дальнейшее развитие приводит к интенсивной вибрации во всем звуковом диапазоне частот. [31]
При протекании жидкости через сужающее устройство в результате падения давления могут в некоторых случаях возникнуть условия для образования кавитации - разрывов сплошности жидкости газовыми или паровыми пузырями. Следует различать газовую и паровую кавитацию. Большинство промышленных жидкостей имеют контакт с воздухом или другим газом, и последний находится в жидкости в растворенном, а частично и в нерастворенном виде. Мелкие нерастворенные пузырьки воздуха, а также механические примеси существенно снижают прочность воды на разрыв и становятся центром образования газовой кавитации, при которой происходит переход воздуха или газа из растворенного в нерастворенное состояние по мере понижения давления жидкости при проходе ее через сужающее устройство. Если же давление падает до давления насыщенного парарн п, то возникает паровая кавитация - частичный переход жидкости в паровую фазу. Переходная зона может быть названа областью смешанной кавитации. В результате кавитации может возникнуть заметная погрешность при измерении расхода с помощью сужающих устройств. В связи с этим следует стремиться применять последние при бескавитационном режиме течения жидкости, что обеспечивается, если отношение Ар / Pi не превзойдет некоторого порогового значения. [32]
Если представить себе жидкость, свободную от примесей, то при давлении, равном давлению ее насыщенных паров, происходит вскипание жидкости. Это явление называется паровой кавитацией. Образовавшиеся при этом пузырьки пара переносятся потоком в область повышенного давления, пар конденсируется, и пузырьки схлопываются. Однако в потоке жидкости, как правило, содержится некоторое количество газа, мельчайшие пузырьки которого имеют радиус порядка КГ4м и невидимы невооруженным глазом. Эти иузЪлрьки воздуха - куклеоны ( зародыши) - переносятся потоком жидкости и, попадая в область низкого давления, начинают расти, Через поверхность пузырька происходит диффузия газа: внутрь пузырька ( или из него) в зависимости от концентрации газа в пузырьке и окружающей его жидкости. Это явление называется газовой кавитацией. Практически почти всегда наблюдается парогазовая кавитация. [33]
Если представить себе жидкость, свободную от примесей, то при давлении, равном давлению ее насыщенных паров, происходит вскипание жидкости. Это явление называется паровой кавитацией. Образовавшиеся при этом пузырьки пара переносятся потоком в область повышенного давления, пар конденсируется, и пузырьки охлопываются. [34]
Однако во многих распределительных и регулирующих гидроаппаратах имеются местные зоны, в которых вакуум достигает значений, близких к абсолютному. В этих случаях имеет место преимущественно паровая кавитация, поскольку быстротечность образования здесь вакуума практически исключает возможность выделения из жидкости воздуха. [35]
Устранение разницы ( по крайней мере качественной) между исчезновением и возникновением кавитации не разрешает вопроса о зависимости наступления кавитации от скорости течения и размера модели. Рассмотрим влияние содержания газа при паровой кавитации, развивающейся из газовых ядер. В таких случаях кавитация происходит в условиях, при которых пузырьки неустойчивы ( гл. Согласно большинству экспериментов, проведенных при постоянной скорости, Ki на данном теле возрастает с увеличением содержания газа. Рипкен и Киллен [55] в экспериментах с телами оживальной формы, образованных вращением дуги радиусом 1 5 калибра, установили, что это справедливо для содержания свободного ( нерастворенного) газа и полного содержания газа, поскольку с увеличением содержания газа возрастает число ядер кавитации. Они также установили, что Ki возрастает с увеличением скорости, если содержание газа мало и постоянно по величине. [36]
Если пузырьки остаются достаточно долго в зоне с пониженным давлением, то они могут вырасти до размера около 2 X 10 - 4 см, при котором начнется паровая кавитация. Следовательно, если имеется достаточное количество времени, то воздушные пузырьки, первоначально слишком маленькие для паровой кавитации, могут расти при существующем давлении за счет медленной диффузии воздуха, пока они не станут достаточно большими. [37]
Если длина паровой или газовой каверны становится очень большой по сравнению с размерами тела, то ее называют суперкаверной. Суперкаверны образуются 1) вследствие роста присоединенной каверны или 2) вследствие вытеснения жидкости из гидродинамического следа за счет развития паровой кавитации, как в примерах, описанных в предыдущем разделе, или за счет подвода газа в области низкого давления в следе. При вдуве газа число кавитации уменьшается при неизменной скорости и абсолютном давлении. Это следует из формулы (2.3), где. Сь - число кавитации, выраженное в более общем виде через давление в пузырьке, а не через давление насыщенного пара. Каверны, поддерживаемые за счет подвода газа, называются вентилируемыми. Если в каверну подводится слишком много газа, то она может стать неустойчивой. В этом случае на ее поверхности возникают волны, и она пульсирует по длине и ширине. Другими словами, вентилируемые и паровые каверны, по-видимому, имеют много общего и обе по мере роста становятся более устойчивыми, чем более короткие присоединенные каверны. [38]
Разрыв смазки при вращении цапфы отличается большей стационарностью. При этом каверны в значительной степени заполняются проникающим в них атмосферным воздухом. Вместе с тем и здесь происходит паровая кавитация в полостях, возникших в смазке в зонах пониженного давления и переносящихся вместе с потоком смазки в зону повышенного давления. Смыкание паровых каверн сопровождается резкими местными гидравлическими ударами, иногда вызывающими эрозию рабочих поверхностей цапфы и втулки. Вязкость смазки при этом оказывает двоякое действие: она отчасти демпфирует удар отчасти же концентрирует ударную струю на стенку. [39]
Медленный, в результате диффузии, рост пузырьков, наполненных газом или воздухом, обычно называют газовой кавитацией. Внезапное, мгновенное, расширение дает пузырьки, наполненные преимущественно паром. Этот процесс, соответственно, называют паровой кавитацией. Простейшей формой пузырька, наполненного газом, является маленький пузырек нерастворившегося воздуха. Для таких пузырьков возможно теоретическое определение критического давления, необходимого для начала как паровой, так и газовой кавитации. [40]
Итак, начала газовой и паровой кавитации не зависят друг от друга. Первоначально пузырьки могут быть малы для возникновения паровой кавитации, но затем они достигают необходимых размеров путем диффузии. [41]
Это, вероятно, связано с газовой кавитацией, обусловленной высоким содержанием газа. При малой скорости внешнее давление становится очень низким по мере приближения К к значению, при котором начинается кавитация. При высоком содержании газа может стать существенной газовая диффузия, прежде чем минимальное давление достигнет критического значения для паровой кавитации. [42]
Весомость жидкости, помимо упомянутого всплывания оказывает существенное влияние на форму поперечных сечений и на процесс уноса газа из каверны. Установлено, что в области кавитации, далекой от паровой, при постоянном поддуве с ростом скорости число кавитации сначала падает, достигает минимума и затем возрастает. Сохранив поддув и далее увеличивая скорость движения, в опыте можно заметить возрастание числа кавитации до максимума с последующим падением приблизительно вдоль кривой, соответствующей паровой кавитации. Увеличением поддува нельзя безгранично уменьшать число кавитации и увеличивать размеры каверны. Начало теоретических исследований уноса газа по вихревым шнурам было положено в работе Р. Н. Кокса и В. А. Клайдена ( в сб. Исследования потери газа в области, удаленной от паровой кавитации, показали, что секундный расход газа обратно пропорционален скорости, площади миделева сечения каверны и величине a3Fr - const. [43]
Течение с развитой кавитацией, аналогичное рассмотренному выше, возникает в потоке, если число кавитации делается весьма малым. В этом случае за телом образуется большая кавитационная полость, заполненная парами воды и газами. Давление в каверне весьма мало и близко к давлению водяных паров. При обычных условиях в воде паровая кавитация возникает при очень больших скоростях, которые трудно воспроизводить в лаборатории. Введение в каверну газа, например воздуха, позволяет получить малое число кавитации и развитую каверну при малых скоростях буксировки, легко осуществимых в лаборатории. Однако для острых тел подходит лучше формула С х о. [44]
Критическое давление паровой кавитации было впервые подсчитано [74], исходя из условия, что давления снаружи и изнутри пузырька должны быть в статическом равновесии. Это равновесие выражается уравнением ( 67), но рен в этом случае равно сумме давления паров рп и давления воздуха рг. Если внешнее давление становится ниже того минимума, который необходим для статического равновесия, то пузырек начинает расти. Этот минимум и является критическим давлением, необходимым для начала паровой кавитации. [45]