Vprašljivost standardiziranega testa kavitacije erozije
Erik Axdahl/Wikimedia
Datum objave:
Inženirji strojništva se pri testiranju materialov pogosto zanašajo na standardizirane postopke. Ker se je v preteklosti že večkrat izkazalo, da standardizirani test kavitacijske erozije ASTM G32 ni točen, so ga raziskovalci Laboratorija za vodne in turbinske stroje (LVTS) na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljan vzeli pod drobnogled in odkrili njegove pomanjkljivosti.
Kavitacija, uparjanje in posledični hitri kolaps mehurčkov zaradi spremembe lokalnega tlaka lahko vodijo do kavitacijske erozije, ki je ena izmed najresnejših težav, s katerimi se spopadajo inženirji hidravličnih strojev (turbine, črpalke, propelerji ...). Pri testiranju materialov se inženirji običajno zanašajo na standardizirane postopke, med katerimi najpogosteje uporabijo vibracijski test ASTM G32. Vendar se je v preteklosti že večkrat izkazalo, da se napovedi tega testa ne ujemajo s poškodbami, ki nastanejo med delovanjem strojev. Razlog je do sedaj ostal neznan.
Pri izvedbi standardizirane meritve s testom ASTM G32 je vzorec materiala izpostavljen kavitaciji. Ta je vzbujena s pomočjo ultrazvočne sonde, ki mora biti od vzorca oddaljena 0,5 mm. V študiji so raziskovalci s pomočjo kamere, ki snema z več kot milijon slik v sekundi, spremljali kavitacijo v reži med sondo in vzorcem. Pokazali so, da imajo mehurčki v tanki reži (<1 mm) dvodimenzionalno (cilindrično) obliko in se vedejo drugače kot tisti v večjih režah. Posledično so njihov kolaps, izsevani udarni val in erozijski učinek manj agresivni.
Gre za prvi dokaz, da se dinamika mehurčkov v tanki reži, ki je predpisana s standardom, bistveno razlikuje od tiste, ki jo imajo prosti mehurčki v strojih, kar pod vprašaj postavlja veljavnost testa ASTM G32. Raziskovalci so svoje ugotovitve objavili v priznani reviji Ultrasonics Sonochemistry (IF: 8,7).
Kaj je kavitacija?
Kavitacija je hidrodinamični pojav, pri katerem se pojavijo mehurčki v kapljevini. To se po navadi zgodi, ko je kapljevina izpostavljena hitrim spremembam tlaka. Mehurčki se pojavijo na mestu, kjer se pojavi nizek tlak. Če lokalni tlak ponovno naraste, mehurčki implodirajo in pri tem ustvarijo močne udarne valove, ki lahko povzročijo poškodbe strojnih delov.
