Skip navigation

4.2 Káros jelenségek a csőhálózatban

A csőhálózatban fellépő káros jelenségek közül a két legjelentősebb hidraulikai eredetűt tekintheti át:

Kavitáció jelensége,
Vízütés jelensége

Kavitáció

Ha egy vízzel telt szabad felszínű edénybe 10 m-nél hosszabb vízzel töltött, zárt felső végű üvegcsövet merítünk és elkezdjük emelni, azt tapasztaljuk, hogy a cső zárt végén buborék jelenik meg. A csövet feljebb emelve a vízszint már nem emelkedik tovább, a felette levő térben a csőfalon, szobahőmérsékleten pára csapódik ki. Mindez azért történik, mert a csővel „felszívtuk“ a vizet, ami azt jelenti, hogy a környező légnyomás nyomta fel a vizet mindaddig míg, a nyomás a csőben el nem érte a víz telítési gőz nyomását. Ekkor a víz felforrt és a felette levő teret már a vízgőz töltötte ki. Ezt a felforrást űrképződésnek vagy kavitációnak nevezzük.

A kavitáció akkor lép fel, ha a folyadék nyomása valamely szakaszon az adott hőmérsékletnek megfelelő telített gőz nyomására csökken (20 °C-on p=0,0238 bar), ekkor a víz forrni kezd, gőz keletkezik. Ezen a helyen a folyadék folytonossága megszakad, és az így keletkező teret a folyadék gőzei töltik ki. Ha az áramláskor a buborékok a telített gőz nyomásánál nagyobb nyomású helyre érkeznek, úgy a buborékok összeroppannak és ez szabálytalanul változó nagy frekvenciájú ütést gyakorol a szerkezetre.

A kavitáció károsítja a szivattyút, csökkenti a folyadékszállítást, végső esetben töréssel tönkre is teheti a járókereket.

A jelenséggel gyakran találkozhatunk a gyakorlatban. Amennyiben a kútban vízszint a szívómélység alá süllyed, úgy a szívócsőben megszakad a vízoszlop, a szállított vízmennyiség csökken, a szivattyú zajosan kezd működni. Ekkor beszélnek „gázos” kútról, holott erről nincs szó, csak az adott kút túlzott terheléséről.

Felszíni vízkivételnél a rosszul méretezett szívócső, vagy a szívókosár eltömődése is okozhat kavitációt.

4.2.1 ábra. Szivattyú járókerék kavitáció miatti károsodása
(Fotó: Tóth Á.)

A kavitációs jelenség káros következményei az alábbiakban foglalhatók össze:

  • a kifejlődött kavitációt jellegzetes csattogó, pattogó hang kíséri, a szivattyú vibrál, rezgésbe jön, ami töréshez vezethet,
  • kedvezőtlenné válnak a szivattyú hidraulikai jellemzői,
  • csökken a hatásfok és a folyadékszállítás,
  • a gőzbuborékok összeroppanása szerkezetianyag-roncsolást idézhet elő, ami a felületen (főként a járókerék szívóoldalán) apró, majd nagyobb részecskék kiszakadásában, szivacshoz hasonló lyukacsosságban, átmaródásban, végül nagyobb darabok letöredezésében nyilvánul meg.

A kavitáció oka lehet:

  • a nagy helyi áramlási sebesség,
  • a szállított folyadék felmelegedése,
  • nyomáscsökkenés a szívóoldalon,
  • a geodetikus szívómagasság (Hsg) növekedése, ill. a hozzáfolyási magasság csökkenése.

A kavitáció elkerülésének lehetőségei:

  • az érintett szerkezeti elemeket a kavitációs eróziónak ellenálló anyagból kell készíteni. (Ha pl. a szürkeöntvény indexét 1,0-nek tekintjük, ehhez viszonyítva az acélöntvény 0,8; a bronz 0,5; a krómacél-öntvény 0,2; a króm-nikkel acél 0,05 eróziós értékű.),
  • jó szívóképességű szivattyú megválasztása,
  • a geodetikus szívómagasság helyes megválasztása.

A víz képes gázokat (oxigén, szén-dioxid, metán) is elnyelni, melyek a hőmérséklet és nyomás függvényében kiválhatnak a vízből, ez leginkább a mélyfúrású (30 m alatt) kutakra jellemző.

Vízütés

Csővezeték tervezésénél, kiépítésénél vegyük figyelembe a vízütés (kosütés, water hammer) okozta nyomásnövekedést és csökkenést.

Az áramló folyadékot hirtelen lassítva egy nyomásnövekedési hullám indul el a zárás helyétől. A növekedés értéke az alapnyomás többszöröse is lehet. A nyomásnövekedés nagysága és haladási sebessége függ a cső anyagától, méretétől, az áramló folyadék sebességétől és anyagától. A lezárás helyétől kiindulva egyre több folyadékrészecske megáll, és a cső fala kitágul, a folyadék összetorlódik. A víz mozgási energiája egy potenciális energia formájában felhalmozódik, mely többszöri lengés után a folyadék belső súrlódása által szűnik meg.

Hasonló jelenséget okozhat a csőbe zárt levegő is.

A szivattyúk hirtelen leállása is okozhat vízütést.

Helytelenül méretezett és üzemeltetett csövek és szerelvények a terhelés alatt összeroppanhatnak.

A vízütést csökkenthetjük, ha a hirtelen nyomásváltozás elkerülésére csavarorsós szelepeket építünk be a golyós kialakításúak helyett.

A depressziós hullám okozta csőtörés ellen a nyomóvezeték legmagasabb pontján felszerelt légbeszívó szeleppel védekezhetünk. Gyakran alkalmazott megoldás a légüst használata is. Ekkor a légüst és a nyomóvezeték közé fojtószelepet szokás beépíteni.

A műanyag csövek a hirtelen nyomásváltozással szemben rugalmasságuk miatt ellenállóbbak, mint az azbesztcement csövek.

Felhasznált irodalom

BENAMI, A. - OFEN, A.: 1993. Irrigation Engineering.
AGRIPRO, Kfar Galim, Israel.

BUDAVÁRI, K.: 1978. Öntözés I.
Vízügyi Dokumentációs és Továbbképző Intézet és a Mezőgazdasági Könyvkiadó Vállalat, Budapest.

FARKAS, M.:1989. Folyadékok szállítása.
Tankönyvkiadó, Budapest.

LABYE, Y. et al.: 1988. Design and optimization of irrigation distribution networks
FAO Irrigation and Drainage Paper 44. FAO, Rome.

Javasolt irodalom

TÓTH, Á.: 2011 Öntözési praktikum.
Visionmaster Kiadó, Gödöllő.

Feleletválasztós teszt

Kérdés

Válassza ki a mondat helyes befejezését!

A kavitáció káros jelenség mert

Answers

- károsítja a szivattyú alkatrészeit.

- zajos.

- gőz képződik.

Visszajelzés