Hiện Tượng Cavitation Là gì? Nguyên Nhân Và Cách Phòng Tránh

Cavitation là gì? – Câu hỏi về thuật ngữ mà chỉ những người làm về kỹ thuật mới hiểu rõ. Cavitation (hay xâm thực) là nguyên nhân dẫn đến sự ăn mòn, hỏng hóc các chi tiết máy bằng kim loại. Đặc biệt là các thiết bị cánh quạt, máy bơm công nghiệp,… Chúng khiến những người vận hành rất lo ngại.

Vậy cụ thể hiện tượng cavitation là gì? Nguyên nhân do đâu và cách khắc phục và tránh các tổn thất này ra sao? Cùng HCTECH tìm hiểu trong bài viết sau nhé.

1. Cavitation là gì?

Cavitation (hay còn gọi là xâm thực) bản chất là hiện tượng xuất hiện các bọt khí trong chất lỏng. Đây là hệ quả từ sự thay đổi áp suất nhanh chóng trong chất lỏng. Khi chất lỏng chịu sự thay đổi về áp suất trong thời gian ngắn, chúng hình thành các bong bóng (bọt khí) tại nơi có áp suất tương đối thấp. 

Khi chịu áp lực cao, các bọt khí sẽ nổ tung ra, tạo thành sóng xung kích cực mạnh. Các sóng xung kích này mạnh khi chúng ở rất gần vị trí bong bóng khí bị nổ và nhanh chóng yếu đi khi chúng lan truyền ra xa. 

Hiểu được khái niệm cavitation là gì – có nghĩa là bạn đang dần sáng tỏ hiện tượng xâm thực là gì?

Cavitation (xâm thực) là hiện tượng tương đối phổ biến ở chân vịt, cánh máy bơm

2. Xâm thực tốt hay xấu?

Ngoài tên gọi Cavitation – Hiện tượng này cũng được dân trong ngành gọi là Xâm thực. 

Bởi vậy, “xâm thực” là kết quả cho các câu hỏi: cavitation dịch là gì? Cavitation nghĩa là gì?… 

Thực tế, đây là một hiện tượng không mong muốn.

Việc hình thành rồi vỡ tung của bọt khí diễn ra lặp đi lặp lại sẽ gây ảnh hưởng lớn đến bề mặt kim loại. Về lâu dài, chúng gây ra sự hao mòn, hỏng hóc, phá hủy dần bề mặt cánh quạt.

Ngoài ra, hiện tượng này cũng có thể gây ra những tiếng ồn, tiếng nổ nhỏ bên trong khoang chất lỏng.

Kết quả của quá trình xâm thực sẽ tạo ra sự ăn mòn và hư hỏng cho thiết bị

3. Nguyên nhân của hiện tượng cavitation

Mô tả sự tác động của bong bóng khí trong quá trình xâm thực

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng cavitation là sự xuất hiện của các bọt khí trong chất lỏng. 

Xâm thực xuất hiện khi áp suất và nhiệt độ của chất lỏng tại bánh công tác bằng với áp suất hơi. Cụ thể, trong chất lỏng, khi áp suất giảm (khi áp lực trở lên quá thấp) và nhiệt độ không thay đổi, sẽ xuất hiện các bọt khí.

Sau khi dòng chất lỏng đi đến nơi có áp suất cao, các bong bóng khí sẽ bị vỡ ra và tạo ra sóng xung kích. Sóng xung kích truyền qua chất lỏng và tác động vào bánh công tác gây ra thiệt hại cơ học.

Cơ sở hình thành nên bọt khí

Nguyên lý Bernoulli sẽ là sự lý giải cho sự xuất hiện bong bóng khí và bọt khí này. 

– Trong động lực học, theo Bernoulli, sự tăng vận tốc của chất lưu xảy ra tương ứng đồng thời với sự giảm áp suất. Dòng chất lưu di chuyển ở tốc độ cao sẽ tạo ra vùng áp suất giảm trong dòng chảy, vuông góc với chiều của dòng chảy (đồng thời nhiệt độ không đổi).

– Và kết quả: trong chất lỏng – khi áp suất giảm, nhiệt độ không đổi – sẽ xuất hiện các bọt khí.

>> Tham khảo thêm: Triple point là gì?

4. Hiện tượng Cavitation thường xảy ra ở đâu?

Xâm thực xuất hiện phổ biến ở các cánh bơm và đặc biệt là các loại cánh bị uốn cong – nơi xảy ra sự thay đổi đột ngột về hướng của chất lỏng.

Để hiểu cụ thể hơn về sự hình thành, nguyên nhân của hiện tượng cavitation là gì? Chúng ta sẽ cùng phân tích về một số trường hợp cụ thể.

4.1. Xâm thực ở chân vịt của tàu thuyền

Cánh chân vịt là nơi dễ xảy ra hiện tượng cavitation

Cánh quạt chân vịt cho phép các con tàu di chuyển với tốc độ cao hơn và theo thời gian. Khi tàu thuyền hoạt động, cánh quạt chân vịt quay nhanh, tạo ra dòng nước có tốc độ lớn lướt qua bề mặt của cánh.

Dòng lưu chất này sẽ tạo ra áp suất thấp và dẫn đến sự hình thành các bọt khí, bong bóng nước ở bề mặt các cánh. Chúng vỡ ra gây nên sự phá hủy bề mặt của chân vịt. Người ta chỉ có thể xem xét sự hao mòn của cánh quạt chân vịt để xác định tình trạng của quá trình xâm thực.

4.2. Cavitation trong máy bơm ly tâm

Những hư hỏng nặng nề gây ra bởi xâm thực

Máy bơm ly tâm có cấu tạo đặc trưng là cánh bơm chuyển động quay tròn để tạo lực quán tính ly tâm.

Dòng nước chuyển động với tốc độ cao đi qua bề mặt cánh, gây nên hiện tượng xâm thực cavitation. Đây là một trong những nguyên nhân khiến cánh của máy bơm ly tâm bị mài mòn sau khi hoạt động trong một thời gian dài.

4.3. Xâm thực ở máy bơm hút chân không

Ở máy bơm hút chân không, bánh công tác được thiết kế để vận hành liên tục, tạo nên quá trình hút chân không. Chất lỏng công tác chuyển động quay với tốc độ cao trong lòng bơm.

Sự chuyển động của chất lỏng gây ra bong bóng khí và hiện tượng cavitation tại bề mặt của bánh công tác. 

Chất lỏng công tác có thể là nước (bơm chân không vòng dầu) hoặc dầu chân không (bơm chân không vòng dầu).

Mô tả về quá trình xâm thực ở một máy bơm công nghiệp

Ở bơm ly tâm và bơm hút chân không, hiện tượng xâm thực xảy ra ngay trong lòng bơm. Do đó, có thể nhận biết hiện tượng cavitation qua một số dấu hiệu như:

• Tiếng ồn
• Rung lắc thiết bị khi hoạt động
• Phớt, vòng bi hỏng
• Cánh bơm bị mòn
• Mức tiêu thụ điện năng cao hơn thông thường.

4.4. Hiện tượng Cavitation ở đường ống chất lỏng

Mô tả hiện tượng xâm thực cavitation ở đường ống chất lỏng

Ngoài các thiết bị kể trên, hiện tượng cavitation cũng diễn ra bên trong đường ống chất lỏng, khi có sự thay đổi về đường kính. Cụ thể, khi nước di chuyển trong ống từ ống đường kính lớn sang ống đường kính nhỏ, hình thành một số điểm có áp suất thủy tĩnh nhỏ. Tại đây, sẽ xuất hiện các bọt khí.

Đến khu vực có đường ống lớn hơn, áp suất thủy tĩnh tăng lên, các bọt khí bị vỡ đột ngột. Từ đó hình thành sóng xung kích. Nếu xuất hiện gần thành đường ống, chúng sẽ gây ra sự tác động đến đường ống: rò rỉ, vỡ đường ống.

5. Cách khắc phục và phòng tránh hiện tượng Cavitation

Từ khái niệm hiện tượng cavitation là gì, nguyên nhân hình thành, ta có thể rút ra “mắt xích” quan trọng để phòng tránh và khắc phục xâm thực: Giảm thiểu việc hình thành các bọt khí trong lòng chất lỏng.

5.1. Cách phòng tránh xâm thực

Tùy thuộc vào từng loại thiết bị, loại bơm và hệ thống làm việc cụ thể để đưa ra phương án tốt nhất. Có 3 yếu tố chính mà chúng ta có thể kiểm soát được:

(1) Tránh việc thay đổi vận tốc/ áp suất đột ngột của chất lỏng.

(2) Điều chỉnh giảm nhiệt độ dòng chảy.

(3) Tăng sự chắc chắn, sức chịu mài mòn của thiết bị (đặc biệt bộ phận tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng).

Ví dụ cụ thể với máy bơm nước

Thiết kế đường ống để ngăn chặn hiện tượng xâm thực bơm

Ở các máy bơm nước, việc đơn giản để ngăn chặn sự xâm thực là lắp đặt và vận hành đúng cách, phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng. Đừng cố gắng vận hành bơm vượt quá tốc độ, lưu lượng cho phép.

Thiết kế đường ống hút và lắp đặt bơm với nguồn nước một cách thích hợp để dòng nước vào bơm trơn tru. Đảm bảo rằng đường hút nước đầu vào của bơm có độ dốc thích hợp, duy trì áp suất và lưu lượng ổn định. (Như ở hình ảnh mô tả).

Máy bơm hút chân không

Chọn loại bơm hút chân không vòng chất lỏng thích hợp cho ứng dụng, mức lưu lượng – công suất đảm bảo yêu cầu. Ngoài ra, việc bảo dưỡng định kỳ là công việc cần thiết mà người vận hành không nên bỏ qua.

Bơm chân không vòng nước:

• Cấp nước cho bơm ổn định
• Loại bỏ bụi bẩn ở cổng hút, cổng xả của bơm.

Bơm chân không vòng dầu:

• Dầu chân không phù hợp và đáp ứng dung tích yêu cầu. Đường dẫn dầu không gặp cản trở.
• Cổng hút, cổng xả đảm bảo vận hành trơn tru
• Làm mát dầu ở nhiệt độ thích hợp để khó có thể xảy ra cavitation. (Thông thường các nhà sản xuất cũng trang bị đầy đủ bộ phận tản nhiệt cho dầu). 

5.2. Cách kiểm tra và khắc phục

Nếu chẳng may, máy bơm của bạn đang gặp sự cố về xâm thực, hãy kiểm tra các thông tin sau để khắc phục:

• • Tham khảo chỉ số về đường cong hiệu suất của bơm: Đo mức lưu lượng/ hoặc áp suất cả bơm để xác định bơm của bạn đang chạy ở điểm hiệu quả nhất của nó.
  • Kiểm tra đường ống hút – xả, các bộ lọc ở 2 đầu hút – xả: việc tắc nghẽn ở quy trình hút và xả có thể gây ra sự chênh lệch áp suất bên trong bơm. Đặc biệt, bộ lọc bẩn hoặc bị tắc tạo ra sự tích tụ áp suất bên trong máy bơm
  • Kiểm tra lại thiết kế đường ống: Xác định đường ống dẫn chất lỏng đến bơm, đường xả chất lỏng từ bơm ra đang vận hành tốt; đảm bảo mức chất lỏng ổn định cho bơm.
  • Khắc phục, thay thế các bộ phận hư hỏng do xâm thực.

Trên đây là các thông tin về khái niệm hiện tượng cavitation là gì (xâm thực là gì)? Nguyên nhân hình thành và cách phòng tránh, khắc phục tình trạng này. Hy vọng các thông tin trên hữu ích cho bạn trong quá trình lắp đặt và sử dụng thiết bị.

Có thể bạn quan tâm: Cách lắp phớt máy bơm nước