О.Н. Шпаков, кандидат технических наук, технический эксперт НПАА. Кавитация – злейший враг арматуры

Во втором номере журнала «Вестник арматуростроителя» Олег Николаевич Шпаков представил материал о кавитации.

В восьмидесятые в одном из номеров газеты «Ленинградская правда» была размещена статья под названием «Холодное кипение».

В публикации эмоциональный корреспондент сравнил кавитацию с раненым зверем, который окровавленными зубами вырывал частицы металла из стального тела арматуры. Кавитация возникает в потоке жидкости, обтекающем с высокой скоростью поверхности материала при высоком перепаде давления. При этом около поверхностей возникают и схлопываются пузырьки газа, высвобождая большое количество энергии и вызывая повреждения поверхности.

В том, насколько опасна кавитация для деталей арматуры, мне пришлось воочию убедиться на одной из газоперекачивающих станций в Республике Марий Эл. Газ под высоким давлением поступал в нижнюю часть пылесборника – высокой цилиндрической колонны с несколькими внутренними сегментными перегородками, установленными таким образом, что газ поднимался в верхнюю часть по зигзагообразной траектории. При ударе в очередную перегородку содержащиеся в газе жидкий конденсат и твердые включения отделялись от газа и перемещались в нижнюю часть пылесборника. К нижней части колонны был приварен трубопровод длиной около 300 метров, проложенный от пылесборника до оврага, с клиновой задвижкой фирмы «Бабкок» DN100, PN100.

Обслуживающий персонал периодически приоткрывал задвижку, и давление газа вытесняло грязь в трубопровод, уходящий за пределы территории станции. Услышав рев вырвавшегося из трубы газа, донесшийся со стороны оврага, слесари прекращали вращать маховик. Задвижка в данной системе работала в уникальных условиях: щелевой проход, полный перепад давления, весьма специфическая рабочая среда – конденсат с большим количеством песка, окалины, других включений. Задвижка потеряла герметичность и была демонтирована с трубопровода. Сотрудники станции пытались отделить крышку задвижки от корпуса при помощи тельфера, однако у них ничего не получилось. Тогда пригласили для консультации меня.

Я увидел, что крышка не имела сальниковой коробки и ее уплотнение с корпусом осуществлялось при помощи давления среды. Крышка была зафиксирована на корпусе закладными деталями, образованными из частей стального кольца. Для разборки задвижки нужно было не тянуть крышку из корпуса, а наоборот, нажав на нее, извлечь закладные детали. Последовали моим указаниям и вынули крышку вместе со шпинделем и клином. При осмотре клина крайне удивило наличие в теле сплошного стального клина множества криволинейных отверстий, напоминающих ходы червей. А вот наплавленные твердым сплавом уплотнительные поверхности при этом почти не имели повреждений. Криволинейные отверстия образовались в результате сильнейшей кавитации. Освобожденная при схлопывании пузырьков газа энергия способствовала скачку давления и химической активности. При этом выбивались частицы металла из слабых мест структуры тела клина. На просьбу отдать мне «червивый» клин для передачи в отдел гидравлики ЦКБА, чтобы демонстрировать действие кавитации – злейшего врага арматуры, я получил отказ.