Kavitation

Kavitation bezeichnet die Entstehung und den anschließenden Zerfall von Dampfblasen oder Gasblasen in Flüssigkeiten. Kavitation kann beispielsweise am Laufrad und am Saugrohr von Wasserturbinen in Wasserkraftwerken oder am Laufrad bei Kreiselpumpen auftreten. In Abhängigkeit der Entstehungsmechanismen wird zwischen der Dampfkavitation und der Gaskavitation unterschieden.

Dampfkavitation tritt auf, wenn der statische Druck einer Flüssigkeit unter den Dampfdruck der Flüssigkeit absinkt. Auf diesem Druckniveau kommt es zu einer lokalen Verdampfung der Flüssigkeit. Hieraus folgt die Bildung von Dampfblasen. Die Dampfblasen werden mit dem Strömungsverlauf der Flüssigkeit in Bereiche transportiert in denen der Druck wieder über dem Dampfdruck liegt. Dies führt zur spontanen Kondensation und zum Zerfall der Dampfblasen. Dieser Vorgang wird als Dampfkavitation bezeichnet.

Beim Zerfall der Dampfblasen entstehen mikroskopisch kleine, jedoch sehr starke Druckstöße. Die Druckstöße werden als Mikrojet bezeichnet. Tritt die Implosion der Dampfblasen in der Nähe von Bauteilen auf, wirken die Mikrojets auf die Bauteiloberfläche ein. Dies führt zur Erosion des Materials und damit zu mechanischen Schäden am Bauteil. Des Weiteren geht Kavitation mit Schallemissionen einher.

Bei der Gaskavitation bilden sich Gasblasen aufgrund des Ausgasens von den in der Flüssigkeit gelösten Gasen. Die Ausgasung findet statt, wenn der Druck der Flüssigkeit unter den Sättigungsdruck fällt. Steigt der Druck der Flüssigkeit wieder über den Sättigungsdruck, zerfallen die Gasblasen.

Die Material schädigende Eigenschaft der Gaskavitation ist im Vergleich zur Dampfkavitation wesentlich geringer, da der Zerfall der Gasblasen auf Diffusionsvorgänge beruht. Ein spontaner Zerfall wie bei der Dampfkavitation findet nicht statt.

Gaskavitation und Dampfkavitation haben wechselwirkende Eigenschaften. zum einen können die Gasblasen Kondensationskeime für Dampfblasen darstellen. Dies Verstärkt die Kavitation in einer Flüssigkeit. zum Anderen können die Gasblasen die Material schädigenden Mikrojets der Dampfkavitation mindern indem sie die Implosion der Dampfblasen abschwächen.

Aufgrund der negativen Auswirkungen sollte der Kavitationsgefahr bereits bei der Auslegung von Bauteilen und Anlagen entgegengewirkt werden. Dies kann beispielsweise mit einer geeigneten Materialauswahl geschehen. In Wasserkraftwerken kann die Kavitationsgefahr durch eine geeignete Konstruktion reduziert werden. Hierzu sollte das Saugrohr unterhalb der Wasseroberfläche des Unterwassers installiert werden. Hierbei wird die Kavitationsgefahr durch den statischen Druck des Unterwassers reduziert.

Englische Übersetzung(en):

cavitation