Лопатеві насоси і гвинти суднів

Кавітація в багатьох випадках небажана. На пристроях, наприклад, гвинтах і насосах, кавітація викликає багато шуму, пошкоджує їх складові частини, викликає вібрації і зниження ефективності.

Наслідки, викликані руйнуванням каверн, ведуть до великого зносу складових частин і можуть значно скоротити термін служби гвинта і насоса.

Запобігання наслідків

Найкращим методом запобігання шкідливих наслідків кавітації для деталей машин вважається зміна їх конструкції таким чином, щоб запобігти утворенню порожнин або запобігти руйнуванню цих порожнин біля поверхні деталі. При неможливості зміни конструкції можуть застосовуватися захисні покриття, наприклад, газотермічне напилення сплавів на основі кобальту.

У системах гідроприводу часто використовують системи підживлення. Вони,спрощено кажучи, є додатковим насосом, рідина від якого починає надходити через спеціальний клапан в гідросистему, коли в останній тиск падає нижче допустимого значення. Якщо тиск в гідросистемі не опускається нижче допустимого, рідина від додаткового насоса йде на злив в бак. Системи підживлення встановлені, наприклад, у багатьох екскаваторах.

Корисне застосування кавітації

Хоча кавітація небажана в багатьох випадках, є винятки. Наприклад, зверхкавітаційні торпеди, що використовуються військовими, обволікуються у великі кавітаційні бульбашки. Істотно зменшуючи контакт з водою, ці торпеди можуть пересуватися значно швидше, ніж звичайні торпеди. Такі дослідження проводилися, наприклад, в Інституті гідромеханіки НАН України. Кавітація використовується при ультразвуковому очищенні поверхонь твердих тіл.

Спеціальні пристрої створюють кавітацію, використовуючи звукові хвилі в рідині. Кавітаційні бульбашки, схлопуючись, породжують ударні хвилі, які руйнують частинки забруднень або відокремлюють їх від поверхні. Таким чином, знижується потреба в небезпечних і шкідливих для здоров'я миючих речовинах в багатьох промислових і комерційних процесах, де потрібна очистка як етап виробництва.

У промисловості кавітація часто використовується для гомогенізації (змішування) і відсадженні зважених частинок в колоїдному рідинному складі, наприклад, суміші фарб або молоці. Багато промислових змішувачі засновані на цьому принципі. Зазвичай це досягається завдяки конструкції гідротурбін або шляхом пропускання суміші через кольцевидний отвір, який має вузький вхід і значно більший за розміром вихід: вимушене зменшення тиску призводить до кавітації, оскільки рідина прагне в бік більшого об'єму. Цей метод може управлятися гідравлічними пристроями, які контролюють розмір вхідного отвору, що дозволяє регулювати процес роботи в різних середовищах. Зовнішня сторона змішувальних клапанів, за якою кавітаційні бульбашки переміщуються в протилежну сторону, щоб викликати імплозію (внутрішній вибух), піддається величезному тиску і часто виконується з надміцних або жорстких матеріалів, наприклад, з нержавіючої сталі, стелліта або навіть полікристалічного алмазу (PCD).

Також були розроблені кавітаційні водні пристрої очищення, в яких граничні умови кавітації можуть знищити забруднюючі речовини й органічні молекули. Спектральний аналіз світла, що випускається в результаті сонохімічної реакції, показує хімічні та плазмові базові механізми енергетичної передачі. Світло, яке випромінюється кавітаційними бульбашками, називається сонолюмінісценцією.

Кавітаційні процеси мають високу руйнівну силу, яку використовують для дроблення твердих речовин, які знаходяться в рідині. Одним із застосувань таких процесів є подрібнення твердих включень у важкі палива, що використовується для обробки котельного палива з метою збільшення калорійності його горіння.

Кавітаційні пристрої знижують в'язкість вуглеводневого палива, що дозволяє знизити необхідний нагрів і збільшити дисперсність розпилення палива.

Кавітаційні пристрої використовуються для створення водно-мазутних і водно-паливних емульсій та сумішей, які часто використовуються для підвищення ефективності горіння або утилізації обводнених видів палива.

Застосування в медицині

Кавітація грає важливу роль для знищення каменів у нирках за допомогою ударної хвилі літотрипсії. Літотриптор - прилад, призначений для руйнування каменів в жовчному і сечовому міхурах без хірургічного втручання. В даний час дослідження показало, що кавітація також може бути використана для переміщення макромолекул всередину біологічних клітин (сонопорація).

Кавітація, створювана проходженням ультразвуку в рідинному середовищі, використовується в роботі хірургічних інструментів для безкровного видалення тканин щільних органів.

Кавітація також застосовується в стоматології при ультразвуковому чищенні зубів, руйнуючи зубний камінь і пігментований наліт («наліт курця»), а також косметології.

Інші області застосування

Кавітація застосовується для стабілізації голчастих куль підводних боєприпасів (наприклад, боєприпаси автомата АПС або патрони 5.45x39 ПСП для автомата АДС), для збільшення швидкості торпед (Шквал і Барракуда).

Існують декілька проектів використання теплової енергії, що виділяється при кавітації, для обігріву приміщень (так званий вихровий теплової генератор).

Кавітація може бути використана для подрібнення різних матеріалів (у тому числі руд). Для цих процесів випускається промислове обладнання, в якому кавітацію отримують за допомогою силового ультразвуку.

Висновок

Фізичний процес кавітації точно такий же, як і процес, що відбувається під час закипання. Основна відмінність між ними - це зміна фазового стану рідини. Закипання - процес, при якому місцевий тиск насиченої пари рідини вище місцевого навколишнього тиску і достатній енергії, щоб змінити нормальний стан рідини в газоподібний.

     Найкращим методом запобігання шкідливих наслідків кавітації для деталей машин вважається зміна їх конструкції таким чином, щоб запобігти утворенню порожнин або запобігти руйнуванню цих порожнин біля поверхні деталі. При неможливості зміни конструкції можуть застосовуватися захисні покриття, наприклад, газотермічне напилення сплавів на основі кобальту.

У системах гідроприводу часто використовують системи підживлення. Вони є додатковим насосом, рідина від якого починає надходити через спеціальний клапан в гідросистему, коли в останній тиск падає нижче допустимого значення. Якщо тиск в гідросистемі не опускається нижче допустимого, рідина від додаткового насоса йде на злив в бак. Системи підживлення встановлені, наприклад, у багатьох екскаваторах.

Застосовується в військових справах, медицині, промисловості.

Список використаної літератури:

1.      Биркгоф Г., Сарантонелло Э. Струи, следы и каверны. пер. с англ. М.: Мир, 1964. 466с.

2.      Корнфельд М. Упругость и прочность жидкостей. М.: ГИТТЛ, 1951. 200с.

3.      Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 678 с.

4.      Акуличев В. А. Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях. М.: Наука, 1978. 280c.

5.      Левковский Ю. Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1977. 222с.

6.      Иванов А. Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1980. 237с.

7.      Пирсол И. Кавитация. М.: Мир, 1975. 95с.

8.      Перник А. Д. Проблемы кавитации. 2-ое изд. Л.: Судостроение, 1966. 435с.

9.      Рождественский В. В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248c.

10. Федоткин И. М., Гулый И. С. Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности (теория, расчеты и конструкции кавитационных аппаратов).Ч.1. — К.: Полиграфкнига, 1997. — 940 с.