کاویتاسیون از حباب های بخار در مایع در حال جریان در هر توربین هیدرولیکی تشکیل می شود. کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که فشار استاتیکی مایع پایین تر از  فشار بخار باشد. کاویتاسیون اکثرا در نزدیکی تیغه هایی در حال حرکت با سرعت زیاد و در ناحیه خروجی توربین اتفاق می افتد.

علل کاویتاسیون

مایع با فشار بالا وارد توربین های هیدرولیکی می شود. این فشار ترکیبی از اجزای استاتیکی و دینامیکی است. فشار دینامیکی مایع به علت سرعت جریان و مولفه های دیگر، فشار استاتیکی، فشار واقعی مایع است که سیال اعمال می شود و بر روی آن عمل می شود. فشار استاتیکی فرآیند تشکیل حباب بخار و یا جوشش را کنترل می کند. بنابراین، کاویتاسیون می تواند در نزدیکی تیغه های با حرکت سریع توربین رخ دهد که در آن فشار دینامیکی محلی افزایش می یابد . عمل و کنش تیغه ها که باعث کاهش فشار استاتیکی می شود. کاویتاسیون هم چنین در خروجی توربین رخ می دهد هنگامی که مایع بخش عمده ای از هد فشاری خود را از دست داده است و هر گونه افزایش در هد دینامیکی منجر به سقوط فشار استاتیکی باعث کاویتاسیون می شود.

اثرات مضر کاویتاسیون

شکل گیری حباب های بخار در کاویتاسیون یک مشکل عمده در خود نیست، اما فروریختگی این حباب ها موج های فشار را ایجاد می کند که می تواند از فرکانس های بسیار بالا باشد و باعث آسیب رساندن به ماشین آلات شود.حباب نزدیک سطح دستگاه فرو می ریزد و آسیب بیش تر و موجب فرسایش در سطوح به نام فرسایش حفره در توربین می شوند. فروپاشی حباب های کوچکتر باعث ایجاد امواج فرکانسی بالاتر از حباب های بزرگتر می شود. بنابراین، حباب های کوچکتر به دستگاه های هیدرولیکی آسیب بیش تری می رسانند.

حباب های کوچکتر ممکن است به بدنه هیدرولیکی دستگاه آسیب برسانند، اما باعث کاهش قابل توجهی در کارایی دستگاه نمی شوند. با کاهش بیشتر فشار استاتیکی تعداد بیشتری حباب شکل می گیرد و اندازه آنها نیز افزایش می یابد. این حباب ها با حباب های دیگر آمیخته می شوند  تا حباب های بزرگتر و در نهایت پاکت بخار را شکل دهند. این جریان مایع را مختل می کند و باعث جدایی جریان می شود که عملکرد دستگاه را به شدت کاهش می دهد. کاویتاسیون یک عامل مهم در طراحی توربین های هیدرولیکی است.

اجتناب از کاویتاسیون

برای جلوگیری از کاویتاسیون در حین استفاده، پارامترهای توربین های هیدرولیکی باید به گونه ای تنظیم شوند که در هر نقطه ای، فشار جریان استاتیکی زیر فشار بخار مایع قرار نگیرد. این پارامترها برای کنترل کاویتاسیون عبارتند از: هد فشار، سرعت جریان و فشار خروجی مایع. پارامترهای کنترل برای عملکرد آزاد کاویتاسیون توربین های هیدرولیک را می توان با انجام آزمایش بر روی مدل از توربین مورد نظر دست آمده است. پارامترهای فرعی که کاویتاسیون شروع می شود و بازدهی توربین به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد ، باید در هنگام کار با توربین های هیدرولیکی اجتناب شود.

جداسازی جریان در خروجی توربین در لوله مکش draft tube موجب ارتعاشاتی می شود که می تواند به لوله مکش (درفت تیوب draft tube ) آسیب برساند. برای تعدیل ارتعاشات و پایداری آن، جریان هوا در درفت تیوب ( لوله مکش ) تزریق می شود. برای جلوگیری کامل از جداسازی جریان و کاویتاسیون در لوله مکش در زیر  سطح آب غوطه ور می شود.

توربین های هیدرولیکی ( HYDRAULIC TURBINES ) 

توربین های هیدرولیکی انرژی را از یک سیال در جریان به یک شفت چرخان انتقال می دهند. توربین چیزی است که می چرخد یا چرخانیده می شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد توربین های هیدرولیکی، اصول کار توربین های هیدرولیک و نحوه طبقه بندی آنها، مجموعه مقالات زیر را بخوانید:

1. تعریف و مبانی توربین های هیدرولیکی
2. توربین های هیدرولیکی: توربین پلتون The Pelton Turbine
3. توربین های هیدرولیکی: توربین فرانسیس Francis Turbine
4. توربین های هیدرولیکی: توربین کاپلان Kaplan Turbine
5. علل و اثرات کاویتاسیون در پمپ ها