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 dannes. Når trykket igjen stiger, til over væskens damptrykk, vil gassboblene implodere. Dersom 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 transporteres, 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 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 oppstår 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.

De samme årsaken kan skaper kavitasjon i måleinstrumenter plassert inni rør. Eksempel på dette kan være venturirør, hvor væsken strømmer gjennom en kort innsnevring i et rør.

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 væsketrykket 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 væsker høyt opp.

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, og 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 moderne ubåter har for å unngå støy ved kavitasjon.

Litteratur

Christopher Earls Brennen: Cavitation and Bubble Dynamics. Oxford University Press, New York 1995, ISBN 0-19-509409-3, (resolver.caltech.edu PDF).
Christopher Earls Brennen: Fundamentals of Multiphase Flows. Cambridge University Press, 1995, ISBN 978-0-521-84804-6, (resolver.caltech.edu PDF).
Alexander Braun: Maßnahmen zum Schutz vor Kavitation bei Solarstationen. In: IHKS-Fachjournal. 2008, S. 204–205 (ihks-fachjournal.de).