ИЗУЧЕНИЕ КАВИТАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МЕТАЛЛ И МЕТОДЫ ЕГО УСТРАНЕНИЯ

STUDY OF CAVITATION EFFECT ON METAL AND METHODS OF ITS ELIMINATION

Sergey Loskutov

student, Department of Machines and Apparatuses of Industrial Technologies, Siberian State University of Science and Technology named after academician M.F. Reshetneva,

Russia, Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Кавитационные явления могут возникать также при снижении местного давления по причинам динамического характера. Проблема кавитации в насосах стала особенно актуальной в связи с наростанием частоты вращения их рабочих колес особенно у питательных насосов энергоблоков на сверхкритические начальные параметры пара.

ABSTRACT

Cavitation phenomena can also occur with a decrease in local pressure for dynamic reasons. The problem of cavitation in pumps has become especially urgent in connection with the increase in the speed of rotation of their impellers, especially for feed pumps of power units with supercritical initial steam parameters.

Ключевые слова: Кобальт, никель, молибден, нанопорошок, насос, кавитация.

Keywords: Cobalt, nickel, molybdenum, nanopowder, pump, cavitation.

Кавитация – это гидродинамическое явление в гидравлических механизмов и в насосах в том числе, зависящее от гидродинамических характеристик машины и физико-механических свойств жидкости, повергающее к мелкому разрушению как находящихся в движении, так и недвижимых частей гидравлических машин. Долговременная работа лопастных насосов в условиях кавитации приводит к существенному разрушению их рабочих колес, зависящему от свойств металла и степени развития кавитации. Кавитация начинается при понижении давления жидкости до значения, равного или меньшего упругости ее насыщенного пара, и сопровождается нарушением сплошности потока и образованием пузырей или полостей, заполненных паром.

Кавитационные явления могут возникать также при снижении местного давления по причинам динамического характера. Проблема кавитации в насосах стала особенно актуальной в связи с наростанием частоты вращения их рабочих колес особенно у питательных насосов энергоблоков на сверхкритические начальные параметры пара.

Разрушение материала из за кавитации в насосе происходит из-за физико-механической силы кавитирующего потока на материал. Циклический процесс исключения одних каверн и формирования новых заставляет колебаться хвостовую часть каверны на обтекаемой поверхности.

Степень кавитационного разрушения лопасти напрямую зависит от воздействующего на нее давления, при котором происходит разрушение каверн. Это явление сопровождается кавитационными гидравлическими ударами, в следствии чего приводит материал лопасти к усталости.

Так же кроме поверхностного разрушения металла, вызванного усталостными явлениями в процессе многократных гидравлических ударов, имеют место также отрыв и унос частиц металла жидкостью, проникающей непосредственно в поры металла и вытисняемой из них под воздействием колебаний давления жидкости.[1]

Рассмотрим материалы для нанесения или внедрения в сплав металла, из которого изготавливаются непосредственно сами лопасти.

Нанесение на металлические поверхности защитно-восстановительных термобарьерных, износостойких, коррозионностойких и наноструктурированных покрытий (НСП) часто применяют с целью продления ресурса эксплуатации оборудования и аппаратуры в различных промышленных отраслях, включая нефтегазовую, горнодобывающую, атомную, турбинную, перерабатывающую, машиностроительную, металлургическую, строительную и др.

Разработка и внедрение новых технологий в сфере создания и нанесения наноструктурных покрытий позволяет придавать изделиям качественно новые, уникальные эксплуатационные физико-механические свойства, достижение которых иными методами просто не представляется возможным. Так же достичь значительного положительного экономического эффекта за счет понижения себестоимости данной продукции и энергосбережения.

Исходными базовыми компонентами для НСП служат нанопорошковые материалы, а также ряд золь-гелей и наносуспензий, которые, будучи внедренными в состав защитных пленок, ведут к модифицикации их структур с макро- до микро-уровня, обеспечивая наличие необходимых улучшенных, новых свойств.

На сегодняшний день в сфере технологических разработок по созданию и нанесению функционально-защитных НСП все чаще применяются и такие новейшие методы, как добавление в состав сплава твердой аморфной фазы для минимизации размерных параметров структуры кристаллитов.

Нанесение полислойных НСП с наличием перемежающихся нанослоев, формирование нанопленок путем модификации напыляемых покрытий ионно-плазменным потоком с регулируемой энергетикой и другими способами, позволяющими осуществлять производство продукции новейших поколений с качественно оптимизированным соотношением параметров. Кобальт - металл сине-черного цвета, химический элемент под номером 27 в таблице Менделеева, обладает следующими физическими свойствами: плотность - 8,9 г/см³, температура плавления - 1493 °С, температура кипения - 2957 °С.

Порошок кобальта ПК-1у нашел свое применение в различных областях промышленности, где активно применяются методы порошковой металлургии. К данным областям относятся производство твердых сплавов, постоянных магнитов, лакокрасочной продукции, быстрорежущих инструментальных сталей, коррозионностойких, жаропрочных сплавов. В твердых сплавах порошок кобальтовый выполняет роль металла-связки. Коррозионная стойкость и жаропрочность кобальта, а также его износостойкость обусловили его применение в качестве легирующей добавки или основного компонента сталей и сплавов со специальными свойствами. Очень часто для улучшения защитных свойств изделий на них наносят кобальтовое напыление.

Никель - металл серебристо-белого цвета, химический элемент под номером 28 в таблице Менделеева, обладает следующими физическими свойствами: плотность - 8,9 г/см³, температура плавления - 1453 °С, температура кипения - 2730-2915 °С. Никель нашел широкое применение в современной промышленности. Существует множество сплавов, одним из основных компонентов которых является никель. Данный металл обладает хорошими свойствами жаропрочности, жаростойкости и коррозионной стойкости. Это обуславливает добавление никеля в качестве легирующей добавки в различные стали и сплавы. Также широкое распространение получил процесс никелирования - нанесения на металлические поверхности тонкой никелевой пленки, которая защищает их и придает красивый внешний вид. Для этих целей используется порошок никелевый, который распыляется по поверхности или наплавляется на нее. [2, с. 56].

Молибден - тугоплавкий металл светло-серого цвета, химический элемент под номером 42 в таблице Менделеева, обладает следующими физическими свойствами: плотность - 10,2 г/см³, температура плавления - 2620 °С, температура кипения - 4630 °С. Полезные свойства данного металла обусловили его применение в качестве легирующей добавки к различным сталям и сплавам с целью улучшения их эксплуатационных характеристик. [3, с. 89].        Исходя из проведенной работы можно сказать, что снижение или же полное исключение кавитационного разрушения вполне реально и достижимо. Применение к изготовлению добавок в исходный материал, нанесение или покрытие уже готовых лопастей нанопорошками, являются одним из решений данной проблемы.

Список литературы:

1. Electronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: https://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=550951.
2. Кавитация. Работа насосов на сеть. Часть 3. Лектор профессор каф. АТЭС Коротких А.Г.
3. Анциферов В.Н., Бобров Г.В., Дружинин Л.К. Порошковая металлургия и напыленные покрытия.
4. С.В. Матренин, Б.Б. Овечкин. Наноструктурные материалы в машиностроении: учебное пособие. Томский политехнический университет.- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009.- 186 с.