Kavitasjon

Kavitasjon

Kavitasjon kjennetegnes med dannelsen av gassbobler som deretter imploderer i en væske.

Fenomenet opptrer dersom trykket i en væske synker til under damptrykket, dette fører til en faseovergang, slik at små gassbobler formeres. Dette skjer når strømningen stiger. Når trykket igjen stiger, til over væskens damptrykk, vil gassboblene implodere. Dersom en gassboblene imploderer ved en overflate oppstår det lokalt svært høyt trykk. De høye lokale trykkene kan videre føre til skade på overflaten.

Kavitasjon er normalt uønsket ettersom det fører til erosjon av overflater, men også på grunn av vibrasjonen og støyen som opptrer. Det har også en uheldig effekt av å redusere effektiviteten til pumper og kompressorer. Dersom kavitasjon tillates å fortsette vil det kunne føre til at rør brister, ventiler kan miste sin funksjon, eller at roterende maskiner ødelegges.

Kavitasjonsskader 

Kavitasjonskader er et stort problem i mange sammenhenger hvor væsker blir transport, tilføres eller utnyttes for å produsere energi.

Rør 

Skader i rør opptrer gjerne i tilfeller hvor det er stor akselerasjon i væskestrømmen, eksempel på dette vil være tilfeller hvor den indre rørdiameteren minker. Kavitasjon kan også opptre i tilfeller hvor rørledningen har en brå avbøyninger eller skarpe konturer. Tilfeller hvor væske suges opp kan også føre til at kavitasjon inntrer. Kavitasjon kan også opptre i lange rør hvor friksjonen fra rørenes overflate kan bringe trykket i væsken til under damptrykket.

Ventiler og måleinstrumenter

Ventiler kan oppleve kavitasjon. Ettersom ventiler gjerne har en annen indre diameter en rørsystemet rundt kan det oppstå akselerasjon eller trykkfall. Dette er særlig aktuelt for kontrollventiler, hvor det kan bli akselerasjon og trykkfall, hvor væsken faller under damptrykket. Når væsken igjen øker ved utløpet av ventilen, vil trykket igjen øke og kavitasjon oppstår i ventilen eller i området nedstrøms av ventilen.

Pumper og kompressorer 

Kavitasjon i pumper og kompressorer opptrer gjerne ved, men er ikke begrenset til, innløpet eller ved rotoren. Dette er gjerne på grunn av et lavt trykk ved innløpet til pumpen, ved for rask akselerasjon eller høy trykkøkning i væsken. Foruten den direkte skaden som oppstår fra kavitasjon, vil fenomenet også kunne føre til en reduksjon av pumpen eller kompressorens effektivitet.

Turbiner 

Kavitasjon kan også opptre i turbiner. Væske i en turbin utnyttes ved å skape et trykktap. Dersom tapet blir for stort kan det medføre at kavitasjon opptrer.

Unngå kavitasjon 

Kavitasjon kan unngås ved å holde væske trykket over damptrykket normalt ved å redusere trykktap. Tap kan forhindres på flere måter, slik som å holde væskens hastighet lav, redusere friksjon i rør, og ved å unngå å suge vesker høyt opp. For å holde væskens hastighet lav der det er behov for store mengder kan man følgelig øke rørets diameter.

For tilfeller hvor det er ønsket å skape store trykk- eller hastighetsøkninger i en væske, slik som ved bruk av en pumpe, kan det om nødvendig bli installert en ekstra pumpe oppstrøms, å redusere trykkdifferansen på den neste pumpen.

Det er også mulighet for å unngå kavitasjon ved å kjøle ned en væske. Ved lavere temperaturer får væsker et lavere damptrykk. Lavere damptrykk vil føre til at vi kan ha et større trykktap før kavitasjon inntrer.

Det kan også unngås ved å montere flere propellblader, noe som for eksempel moderne ubåter har for å unngå støyen som lages ved kavitasjon.