I. HIỆN TƯỢNG XÂM THựC
1.1. Khái niệm chung về xâm thực
Vào đầu thế kỷ 20, sau khi xuất hiện tàu bè, người ta phát hiện thấy rằng thời gian sử dụng bánh lái bằng sắt thép của tàu bè bị rút ngắn, tốc độ hư hỏng rất nhanh, nhưng khơng tìm được nguyên nhân rõ ràng. Sau khi trải qua nghiên cứu phát hiện thấy rằng đó là kết quả tổng hợp của các hiện tượng vật lý phức tạp và gọi là hiện tượng xâm thực.
Ta biết rằng ở áp suất nhất định lúc nhiệt độ tăng đến điểm sôi tương ứng, nước bắt đầu sôi và bốc hơi. Ví dụ dưới áp suất 1 atmơtphe, lúc nhiệt độ tăng lên đến 100°C nước sẽ sôi và bốc hơi. Và khi áp suất nhỏ hơn lat, thì nhiệt độ sơi cũng nhỏ 100°C. Ví dụ nhiệt độ của nước bảo đảm 20°C, áp suất nước giảm xuống đến 0,24 at, thì nước sẽ sơi và bốc hơi. Ở nhiệt độ nhất định, áp suất lớn nhất để nước sôi và bốc hơi gọi là áp suất bốc hơi hay còn gọi là áp suất bão hòa. Áp suất bốc hơi ở các nhiệt độ khác nhau được biểu thị trong bảng 4.1.
Bảng 4.1. Áp suất bốc hơi ở các nhiệt độ khác nhau của nước
Nhiệt độ (t°C) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 í ........ p Ap suất bõc hơi — Y (mét cột nước) 0,06 0,09 0,12 0,24 0,43 0,72 1,26 2,03 3,18 4,83 7,15 10,33
Tài liệu chuyên đê bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
Nước chuyển động với vận tốc ỉớn hoặc vật thể chuyển động với tốc độ lớn trong nước đứng yên, ở những vùng có tốc độ cao sẽ phát sinh hiện tượng áp suất giảm thấp. Khi áp suất bằng áp suất hơi, nước sẽ sôi và bốc hơi tạo thành các bọt khí gây nên hư hỏng khiến máy móc khơng thể vận hành bình thường. Các hiện tượng gây nên hư hỏng đó được gọi là hiện tượng xâm thực. Cho đến nay các nghiên cứu về hiện tượng xâm thực vẫn chưa được hồn chỉnh, song nói chung nhiều ý kiến tương đối thống nhất cho rằng quá trình phát sinh hiện tượng xâm thực có thể’ giải thích như sau:
Trước hết các chỗ có áp suất thấp hơn áp suất bốc hơi, các thể khí hịa tan tách ra khỏi nước tạo thành bọt nhỏ lẫn lộn trong nước, gặp nơi có áp suất cao, xuất hiện sự ngưng tụ, dưới tác dụng bao vây đối xứng của áp suất nước, các bọt nước bị thu hẹp thể tích, nước xung quanh bọt khí cũng tăng tốc độ chuyển động hướng vào tâm bọt khí.
Lúc bọt khí bị thu hẹp đến mức độ nhất định sẽ vỡ và tạo thành các bộ phận nhỏ, đồng thời với sự tan vỡ đó sẽ sản sinh ra hiện tượng các phần tử nước va chạm lẫn nhau hay còn gọi là hiện tượng thủy kích cục bộ, áp suất tăng vọt khơng đều. Áp suất thủy kích cục bộ đó có trị số gấp nhiều lần áp suất khơng khí, có khi đạt hàng trăm, hàng nghìn atmơtphe. Nếu các bọt khí đó tiêu tan và tan vỡ ở bề mặt chất rắn, sẽ có hiện tượng như là mũi dao khơng ngừng kích vào bề mặt chất rắn và trải qua thời gian lâu dài do sự mỏi mệt cơ khí gây nên rỗ bề mặt chất rắn. Ngồi ra cịn có các hiện tượng hóa học, điện, ơxy hóa... cùng với hiện tượng trên thúc đẩy sự phá hoại bề mặt chất rắn. Song mức độ gây hư hại là khác nhau tùy theo chủng loại vật liệu chế tạo. Ví dụ đối với các chất liệu như gang đã qua xử lý bằng phương pháp luyện kim, gang khơng gỉ... thì sự phá hoại đó tương đối nhẹ, nhưng đối với gang đúc thì sự phá hoại đó tương đối mạnh. Đối với độ nhẵn bề mặt chất rắn khác nhau thì sự phá hoại đó cũng khơng giống nhau. Độ nhẵn càng cao thì sự phá hoại càng nhỏ, ngược lại độ nhẵn càng thấp thì ứng suất tập trung cao sự phá hoại càng nh....., đối với bề mặt hàn thì sự phá hoại đó cũng nhỏ.
Khi áp suất giảm thì độ hịa tan của các thể khí đối với nước cũng giảm. Sau khi khơng khí tách ra trên bề mặt chất rắn thì sẽ sản sinh ra hiện tượng han gỉ gây ra hư hỏng gọi là phá hoại của hóa học.
Lúc thể tích bọt khí bị thu nhỏ tương đương với q trình nén, nhiệt độ sẽ tăng cao, ngồi ra dưới tác dụng của thủy kích, sản sinh hiện tượng biến dạng chất rắn và
Chương IV. Hư hại bể mặt kim loại trong tua-bin nước
nước, nhiệt độ cũng tăng. Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ tức thời do sự tan vỡ của các bọt khí có khi tăng tới 300()C mặt khác do sự phân bố không đều nhiệt độ do trên bề mặt chất rắn, giữa vùng nóng và vùng lạnh tạo ra dòng điện ngắn, gây hiện tượng điện phân bề mặt kim loại dẫn đến sự phá hủy bề mặt chất rắn.
Qua phân tích trên ta thấy rằng, hiện tượng xâm thực là một hiện tượng khá phức tạp. Tác dụng phá hoại của xâm thực là tác dụng tổng hợp của các hiện tượng hóa học, cơ khí, điện phân... trong đó tác dụng phá hoại cơ khí là chủ yếu, tuy nhiên các hiện tượng trên có tác dụng tương hỗ thúc đẩy lẫn nhau. Tác dụng hóa học điện phân thúc đẩy tác dụng cơ khí. Ngược lại do sự phá hoại cơ khí tăng nhanh, làm cho phá hoại hóa học và điện phân càng có điều kiện tăng nhanh.
Hiện tượng xâm thực sản sinh khơng những làm hỏng máy móc mà cịn sản sinh ra một loạt hiện tượng và hậu quả khơng tốt. Ví dụ gây nên châh động tiếng ồn của máy làm cho một phần năng lượng nước chuyển thành nhiệt năng, hơn nữa thúc đẩy sự phá hoại của xâm thực. Lúc bọt khí nhiều đến một mức độ nào đó làm cho chuyển động của nước khơng cịn là chuyển động liên tục, ảnh hưởng xấu đến sự chuyển biến năng lượng nước làm giảm hiệu suất tua-bin.
Vấn đề xâm thực là vấn đề quan trọng trong vận hành tua-bin cần được coi trọng đúng mức, tìm biện pháp thích đáng để giảm nhẹ hoặc triệt tiêu hiện tượng xâm thực.