Kawitacja jest normalnym zjawiskiem fizycznym, które pojawia się m.in. przy wirnikach poruszających cieczą. Niestety, jest ona niekorzystne, ponieważ może uszkadzać elementy urządzeń. Kawitacja może występować m.in. w pompowniach ścieków. Jakie środki podejmują projektanci, aby zapobiegać temu zjawisku i nie dopuszczać do awarii wirników oraz skracania żywotności całego układu?
Kawitacja – czym jest i dlaczego należy jej zapobiegać?
Kawitacji ulegają jedynie ciecze. Zjawisko to polega na nagłej i gwałtownej zmianie stanu skupienia z ciekłego na gazowy. Przyczyną takiej sytuacji jest obniżenie ciśnienia, ponieważ przy niższym ciśnieniu obniża się też temperatura wrzenia. Do kawitacji dochodzi np. na śrubach wirników w okrętach i pompowniach wirowych.
Dlaczego kawitacja jest czymś, czego należy unikać? Zapytaliśmy o to eksperta z firmy Inwap HAAS:
„Kawitacja jest bardzo gwałtownym zjawiskiem, w wyniku którego ciecz miesza się z gazową postacią substancji. Ruch takiego medium staje się nieprzewidywalny, a ciśnienie miejscowo wzrasta do tego stopnia, że przepływająca ciecz zmienia się w niszczycielską siłę zdolną uszkodzić nawet tak mocne i wytrzymałe elementy, jak turbiny okrętów. Co więcej, bąbelki gazu implodują, wyzwalając raz po raz fale uderzeniowe, które sukcesywnie niszczą wszystko wokół.”
Z wyżej wymienionych powodów projektanci wirników czy szczególnie wąskich zaworów przewidują rozwiązania mające zapobiegać kawitacji. Co można zrobić, aby uniknąć tego zjawiska w pompowni ścieków?
Zapobieganie kawitacji w pompowniach ścieków
Na powstanie i intensywność kawitacji wpływ ma kilka czynników, m.in. temperatura cieczy oraz prędkość pracy wirnika. Stosując odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne, można zapobiec kawitacji, a tym samym zapewnić długą i bezpieczną pracę wirowym pompom w pompowniach ścieków.
Projektanci są w stanie obliczyć, w jakich warunkach pracy pompy dojdzie do kawitacji, a następnie stworzyć układ z odpowiednim marginesem bezpieczeństwa. Kluczowym parametrem jest tu tzw. nadwyżka antykawitacyjna, której wartość zależy od parametrów działania pompy i właściwości przetłaczanej cieczy. Wyróżnia się wymaganą najmniejszą nadwyżkę oraz rozporządzalną nadwyżkę antykawitacyjną. Ta druga musi być wyższa, a im większa różnica, tym bezpieczniejsza praca urządzenia.
Istotna jest też prędkość przepływu cieczy. Im wyższa, tym większe ryzyko wystąpienia kawitacji. Przepływ można modyfikować, dobierając odpowiednią średnicę przewodu ssawnego.
Zapobieganie kawitacji to kwestia obliczeń dokonywanych do każdej projektowanej pompowni. Nie ma więc jednej złotej recepty na długą żywotność i bezpieczną pracę układu. Stworzenie optymalnych rozwiązań odpornych na kawitację należy powierzyć specjalistom.