Bản chất vật lí của hiện tượng xâm thực trong máy bơm

Thông tin

Bản chất vật lí của hiện tượng xâm thực trong máy bơm

2018-04-07 08:52:08

Bản chất vật lí của hiện tượng xâm thực trong máy bơm

Ở trong máy bơm cũng như các máy thủy lực khác, trong điều kiện làm việc nhất định có thể xảy ra xâm thực. Hiện tượng xâm thực là một hiện tượng vật lý khá phức tạp. Cho đến nay, hiện tượng xâm thực vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Nhưng, người ta đã xác nhận được rằng quá trình xảy ra xâm thực trong máy thủy lực bao gồm hai giai đoạn:

+ Giai đoạn đầu là giai đoạn tạo thành các bọt khí và hơi do không khí tách ra từ môi trường chất lỏng và sự bốc hơi của chất lỏng khi áp suất môi trường giảm tới áp suất bão hòa

+ Giai đoạn hai là giai đoạn các bọt khí và hơi ngưng tụ đột ngột trong vùng môi trường có áp suất cao.

Áp suất hơi bão hòa của chất lỏng phụ thuộc vào nhiệt độ. Chất lỏng ở nhiệt độ khác nhau có áp suất hơi bão hòa khác nhau. Nước có nhiệt độ và áp suất hơi bão hòa như trong bảng 3.2

Nếu ở một chỗ nào đó trong vùng làm việc của bánh công tác hay trong buồng lưu thông,áp suất giảm tới áp suất hơi bão hòa của chất lỏng thì các phần tử khí sẽ tách khỏi chất lỏng,đồng thời chất lỏng bốc hơi tạo thành các bọt khí và bột hơi hòa vào trong chất lỏng.

Ở giai đoạn đầu chưa tạo thành các bọng hơi và khí. Ở giai đoạn xâm thực phát triển sẽ tạo thành các bọng hơi và khí bay trên bề mặt chảy bao.Còn trong giai đoạn xâm thực toàn phần, toàn bộ vật thể chảy bao sẽ nằm trong bọng hơi và khí.

Bảng 3.2. Áp suất hơi bão hòa của nước tương ứng nhiệt độ

Các bọt hơi và khí chuyển động theo dòng chảy tới vùng áp suất cao sẽ bị nén và ngưng tụ đột ngột. Các phần tử chất lỏng khác ở xung quanh xô tới chiếm chỗ với vận tốc rất lớn, chúng va chạm lẫn nhau và gây nên hiện tượng va đập thủy lực.

Sau khi va đập, vận tốc các phần tử chất lỏng bằng không, động năng của chúng biến thành áp năng, do đó áp suất tại chỗ va đập tăng rất lớn, có thể lên tới hàng ngàn át.

Khi các bọt hơi và khí ngưng tụ,không những chỉ có áp suất ở trung tâm bọt hơi và khí tăng rất lớn mà nhiệt độ cũng tăng. Thực nghiệm cho thấy rằng nhiệt độ tại chỗ bọt hơi và khí khi ngưng tụ có thể đạt tới 230°C.

Áp suất tăng đột ngột ở thời điểm xảy ra va đập thủy lực và dãn nở tiếp theo của các họt hơi và khí gây nên dao động đàn hồi các phần tử chất lỏng xung quanh với tần số dao động âm. Các dao động này truyền vào kim loại gây nên sự phá hủy nhanh chóng bề mặt của nó.

Sự phá hủy diễn ra đặc biệt nhanh nếu như kim loại giòn. Bề mặt phẳng, nhẵn, bóng, phản xạ lại dao động nên bị phá hủy xâm thực ít hơn. Các bề mặt không phẳng, nhẵn hấp thụ phần lớn năng lượng của dao động đàn hồi, vì vậy sẽ bị phá hủy nhanh.

Như vậy, nếu bề mặt kim loại đã bắt đầu bị phá hủy thì có cấu trúc xốp mịn và sẽ tiếp tục bị phá hủy với vận tốc nhanh.

Kim loại bị phá hủy không những chỉ do tác dụng cơ học mà còn do tác dụng hóa học. Tác dụng hóa học gây nên bởi oxy của không khí tách ra từ chất lỏng và do hiện tượng có tính chất điện phân.

Tuy nhiên nguyên nhân chính gây nên sự phá hủy kim loại vẫn là tác động cơ học của các dao động và va đập thủy lực lên bề mặt của vật nằm trong vùng xảy ra xâm thực. Điều đó đã được xác nhận bằng thực nghiệm, những vật liệu bền hóa học như thủy tinh, vàng cũng bị xâm thực phá hủy.

Hiện tượng xâm thực thường xảy ra ở lối vào của bánh công tác( vì ở đó áp suất chân không có giá trị lớn nhất). Xâm thực cũng có thể xảy ra trong ống hút hay trong buồng hút của bơm ( đối với bơm nhiều cấp). Khi bắt đầu xảy ra xâm thực, trong bơm nghe thấy tiếng động bất thường, máy bị rung, lưu lượng, cột áp và hiệu suất của bơm giảm. Khi trong bơm xảy ra xâm thực toàn phần, dòng chất lỏng bị gián đoạn, lưu lượng và cột áp của bơm giảm tới không.

Để bơm làm việc an toàn ( không xảy ra xâm thực), áp suất làm việc của chất lỏng trong bơm phải lớn hơn áp suất hơi bão hòa của chất lỏng.