fbpx

Karşılaştır

Favorilerim

TEKLİF SEPETİM

Ürün Ara

Karşılaştır

Favorilerim

SEPETİM

Kavitasyon

Kavitasyon, önemli ölçüde yerel basınç azalmasının olduğu sıvıdaki sürekliliğin bozulmasından oluşur. Sıvılarda kabarcık oluşumu (kavitasyon), verilen sıcaklıkta sıvının doymuş buharının basıncına eşit veya ona yakın pozitif basınçların varlığında bile başlar.

Çeşitli sıvılar, kavitasyona karşı farklı derecelerde direnç gösterirler. Çünkü bunlar önemli ölçüde sıvıdaki gaz ve yabancı parçacıkların konsantrasyonuna bağlıdır.

Tahmini okuma süresi 5 dakika

Kavitasyon Çeşitleri

İki ana kavitasyon türü vardır: buharlı ve gazlı.

  • Buharlı kavitasyon, sıvı hızla buhara dönüşürken kabarcık sınırsız bir şekilde patlayarak büyürse meydana gelen bir kabarma işlemidir. Bu durum, basınç seviyesi sıvının buhar basıncının altına düştüğünde ortaya çıkar.
  • Gaz kavitasyon, basınç sıvı içinde çözünmüş yoğunlaşmayan gazın doyma basıncının altına düştüğünde meydana gelen bir difüzyon işlemidir. Buharlı kavitasyon mikrosaniyelerde meydana gelen son derece hızlı iken, gazlı kavitasyon çok daha yavaştır. Geçen süre, mevcut konveksiyon (sıvı sirkülasyonu) derecesine bağlıdır.

Kavitasyon aşınması, yalnızca şok dalgalarının ve mikro jetlerin yüzeyleri aşındırabileceği buharlı kavitasyon koşullarında meydana gelir. Gazlı kavitasyon, yüzey malzemesinin aşınmasına neden olmaz.

Kavitasyon aşınması aynı zamanda kavitasyon erozyonu, buharlı kavitasyon, kavitasyon çukurlaşması, kavitasyon yorgunluğu, sıvı darbe erozyonu ve tel çekme olarak da bilinir.

Kavitasyon aşınması, sıvının bir kısmı önce sıvının kaynamasına neden olan çekme gerilimlerine maruz kaldığında, ardından buhar kabarcıklarının çökmesine (patlamasına) neden olan basınç gerilimlerine maruz kaldığında ortaya çıkan sıvıdan yüzeye aşınma tipidir.

Bu çökme mekanik bir şok üretir ve mikro jetlerin yüzeylere çarparak sıvıyı birleştirmesine neden olur. Bu çekme ve sıkıştırma stres modelini tekrarlayabilen herhangi bir sistem, kavitasyon aşınmasına ve bu tür yıkıcı faaliyetlere eşlik eden tüm korkulara maruz kalır.

Kavitasyon aşınması, yüzey yorulma aşınmasına benzer; yüzey yorgunluğuna direnen malzemeler (sert ama kırılgan olmayan maddeler) kavitasyon hasarına da direnir.

Aşınma Mekanizması

Sıvıların geneli, kavitasyon çekirdeği görevi gören gaz veya buhar kabarcıkları içerir. Basınç belirli bir seviyeye düşürüldüğünde söz konusu bu kabarcıklar buhar veya çözünmüş gazların deposu haline gelecektir.

Bu durumun sonucu, kabarcıkların boyut olarak hızla artmasıdır. Sonrasında ise kabarcıklar düşük basınçlı bir bölgeye girdiğinde, içerdikleri buharların yoğunlaşması sonucunda boyutları da küçülür. Bu yoğunlaşma süreci; yerel hidrolik şoklar, ses emisyonu, maddi bağların yok edilmesi ve diğer istenmeyen olaylarla birlikte oldukça hızlı bir şekilde gerçekleşir.

Kavitasyon Aşınma Prosesi

Sıvı, kavitasyon aşınmasına neden olan ortamdır. Kavitasyon aşınması ikinci bir yüzeye gerektirmez. Sadece yüzey ile sıvı arasında yüksek bağın hareketin var olmasını gerektirir. Böyle bir hareket sıvıdaki yerel basıncı azaltır. Sıvı kaynama noktasında ulaştığında ve kabarma meydana geldiğinde, kavitasyona neden olan buhar kabarcıkları oluşur.

Buhar boşluklarının varlığı kısa sürer. Çünkü basınçtaki hemen hemen her artış, balondaki buharın anında yoğunlaşmasına, balonun çökelmesine ve bir şok dalgası üretmesine neden olur. Bu şok dalgası daha sonra bitişik metal yüzeylere çarpar ve malzeme bağlantılarını yok eder.

Böylece çok dalgası önce katı yakıtlı yüzey üzerinde bir sıkışma gerilimi üretir ve daha sonra yansıdığı yüzeyde normal olan bir çekme gerilimi üretir.

Kavitasyon genellikle hidrostatik basınçta ani ve büyük bir değişiklik ile karakterize edilen bir hidrodinamik koşulun bulunduğu yerde meydana gelir. Ani basınç düşüşleri meydana gelebileceğinden buhar kabarcıkları sık sık ve hızlı bir şekilde oluşur.

Akışkandaki sürüklenen hava ve toz parçacıkları, buhar boşluklarının oluşumu için çekirdeklenme yerleri olarak hizmet eder. Bu çekirdekler, kabın yarıklarındaki gazla doldurulmuş küçük cepler veya akış akımında serbestçe hareket eden kirletici parçacıkların üzerindeki gaz cepleri olabilir. Bu nedenle, tüm sınırlandırılmış sıvılar, kavitasyon oluşturmak için yeterli safsızlık içerebilir.

Minimum basıncın mevcut olduğu yüzey veya akış alanı yakınındaki küçük boşluklar, kavitasyonun başladığını gösterir. Bir kez başlatıldığında, düşük basınçlı bölgelerde kaldıkları sürece kabarcıklar büyümeye devam eder. Kabarcıklar yüksek basınçlı bölgelere doğru ilerlerken çökerek yoğun basınçlar üretir ve çevredeki tüm katı yüzeyleri aşındırır.

Çökme sırasında, balonu çevreleyen sıvı parçacıkları hızla merkezine doğru hareket eder. Bu parçacıklardan gelen kinetik enerji, balonun merkezine doğru ilerledikçe büyüyen yüksek yoğunluklu (şok) yerel su çekiçleri yaratır.

Sesli ve Görsel Algılama

Ekipman kullanıcıları tarafından kavitasyon işitsel, görsel olarak, akustik enstrümantasyonla, makine titreşim sensörleriyle, sonolüminesans ölçümü yoluyla veya tek fazlı akış koşullarında (örneğin akış kaybı, rijitlik ve tepki) üretilenden performans düşüşü veya değişikliği ile tespit edebilir.

Kavitasyonlu akış koşulları altında, aşınma oranı, yalnızca erozyon ve korozyondan kaynaklanan nedenlerden çok daha fazlası olabilir. Kavitasyon aşınması en güçlü malzemeleri yok edebilir. Bunlar takım çelikleri, stelitler vb. olarak gösterilebilir. Bu tür hasarlar hızlı ve kapsamlı bir şekilde meydana gelebilir.

Kavitasyonun neden olduğu hasar miktarı, çöken baloncukların ne kadar basınç ve hız oluşturduğuna bağlıdır. Bu basınç ve hızın bir sonucu olarak yüzey, geniş ölçüde değişen çeşitli yoğunluklara maruz kalır.

Darbe büyüklükleri ve çökme süreleri, verilen çöken basınç farklarında daha büyük kabarcıklar için daha büyüktür. Böylece akışkan üzerindeki çekme gerilimi ne kadar büyükse (statik basınç ne kadar düşükse), kabarcıklar o kadar büyük, kavitasyon o kadar yoğun ve hasar o kadar ciddi olur.

Buhar kabarcıkları oluştuğunda ve çöktüğünde ortaya çıkan darbeler, çökme yüzeyin yanında meydana geldiğinde bireysel simetrik kraterlere ve kalıcı malzeme deformasyonlarına neden olur. Sonuç olarak, yorulma başarısızlığı gibi kavitasyon hasarının birkaç aktivite periyodu vardır:

  • Kuluçka dönemi – mikro çatlaklar, yüzeyin hem elastik hem de plastik deformasyonu nedeniyle tane sınırları ve kapanımlar etrafında çekirdeklenir.
  • Birikme periyodu – malzeme üzerindeki yarılma, kesme ve yırtılma eyleminin derecesine bağlı olarak çatlak büyümesi ilerler.
  • Kararlı durum periyodu – çatlak çekirdeklenme ve yayılma hızı, maruz kalma süresinin geri kalanı için sabit hale gelir.

Kavitasyona Yol Açan Isı Kaynakları

Sistem sıvısında aşırı yüksek sıcaklıklara ve kavitasyona katkıda bulunan ısı kaynakları şunları içerir:

  • Yüksek ortam sıcaklığı
  • Pompaların ve motorların zayıf mekanik verimliliği
  • Kanallarda türbülanslı akış koşulları
  • Kavitasyonlu akışta buharlaşma ısısı
  • Havalandırılmış akışta sıkıştırma ısısı
  • Kontrol delikleri boyunca yüksek basınç düşüşleri
  • Şiddetli operasyonel görev döngüsü
  • Akışkan dolaşım sisteminin tüm bölümlerinde büyük akış kısıtlamaları
  • Zayıf soğutma veya ısı transferi eksikliği
  • Pürüzlü yüzeylerden ve aşındırıcı etkiden kaynaklanan yüksek sürtünme

Kavitasyon Aşınmasını Azaltma

Kavitasyon aşınmasında, mikro çatlaklar, malzemenin içe doğru patlayan buhar kabarcıklarının dayattığı darbe yüküne artık dayanamayacağı noktaya kadar yayılır. Bu nedenle, parçacıklar sonunda parçalanır ve sisteme girer.

Herhangi bir yorulma arızasında olduğu gibi, mikro çatlaklar ilk olarak gerilim yükselticilerde (çentikler, yırtıklar, alttan kesikler, kaynak kusurları, vb.) veya malzemenin heterojen alanlarında (örneğin metal akışının yönü, inklüzyonlar ve karbondan arındırılmış bölümler gibi) oluşur.

Bu nedenle, pürüzlü bir yüzey kavitasyon aşınmasına eğilimlidir. Oyuklar ve pürüzlü bir profil kavitasyon hasarını karakterize ettiğinden, yüzey pürüzlü hale geldikçe hasar artar.

Kavitasyon aşınmasıyla mücadelenin en temel yolu, akışkan üzerindeki çekme gerilimini en aza indirmektir. Başka bir deyişle, ekipman kullanıcıları, olası kavitasyonun bölgelerindeki kırılma veya vakum koşullarını azaltmalıdır. Özellikle, aşağıdaki adımlar uygun olabilir:

  • Kısma valflerinin çıkışındaki basınç seviyesini arttırın.
  • Pompa girişini aşırı doldurarak pompa emme portundaki giriş basıncını artırın.
  • Negatif yük aktüatör uygulamalarında kavitasyon önleyici kontroller kullanın.
  • Valf yuvaları ve dinamik contalar arasında tel çekme (su, yağdan daha yüksek bir buhar basıncına sahiptir) olasılığını ortadan kaldırmak için sıvının su içeriğini azaltın.
  • Düşük buhar basıncına sahip bir sıvı kullanın.
  • Aç bir giriş konfigürasyonunun aksine iyi doldurma özelliklerine sahip bir pompa seçin.
  • Düşük viskoziteli bir sıvı kullanın veya sıvı sıcaklığını artırın.

Çoğu durumda tasarım mühendisleri, üretim malzemelerini uygun şekilde seçerek kavitasyon hasarını en aza indirebilir. Örneğin, alüminyum yerine paslanmaz çelik seçilebilir ve açıkta kalan yüzeyde kavitasyona dayanıklı alaşımlı sert kaplama kullanılabilir. 

Kauçuk ve diğer elastomerik kaplamalar da kavitasyon aşınmasını en aza indirmeye yardımcı oldu. Kavitasyona karşı düşük dirençlerine rağmen, bu yüzeyler şok dalgasını yoğun bir hasara neden olmadan yansıtır.

Bunlarda İlginizi Çekebilir

Düşük Viskozitenin Anlamı

Viskozite artabilir, azalabilir veya değişmeden kalabilir. Düşük viskozite okumasını değiştirebilecek kök nedenlerin listesi oldukça geniştir. Viskozitenin kullanılmış yağ durumunun bu

Havalandırma

Havalandırma nedir ve ne için gereklidir? Makinelerin hava yutmasına izin verilmemesi gerekiyor. Peki ya bunu engelleyemezsek ve makinelerin içine hava

Yorumlar