A csőhálózatban fellépő káros jelenségek közül a két legjelentősebb hidraulikai eredetűt tekintheti át:
Kavitáció jelensége,
Vízütés jelensége
Kavitáció
Ha egy vízzel telt szabad felszínű edénybe 10 m-nél hosszabb vízzel töltött, zárt felső végű üvegcsövet merítünk és elkezdjük emelni, azt tapasztaljuk, hogy a cső zárt végén buborék jelenik meg. A csövet feljebb emelve a vízszint már nem emelkedik tovább, a felette levő térben a csőfalon, szobahőmérsékleten pára csapódik ki. Mindez azért történik, mert a csővel „felszívtuk“ a vizet, ami azt jelenti, hogy a környező légnyomás nyomta fel a vizet mindaddig míg, a nyomás a csőben el nem érte a víz telítési gőz nyomását. Ekkor a víz felforrt és a felette levő teret már a vízgőz töltötte ki. Ezt a felforrást űrképződésnek vagy kavitációnak nevezzük.
A kavitáció akkor lép fel, ha a folyadék nyomása valamely szakaszon az adott hőmérsékletnek megfelelő telített gőz nyomására csökken (20 °C-on p=0,0238 bar), ekkor a víz forrni kezd, gőz keletkezik. Ezen a helyen a folyadék folytonossága megszakad, és az így keletkező teret a folyadék gőzei töltik ki. Ha az áramláskor a buborékok a telített gőz nyomásánál nagyobb nyomású helyre érkeznek, úgy a buborékok összeroppannak és ez szabálytalanul változó nagy frekvenciájú ütést gyakorol a szerkezetre.
A kavitáció károsítja a szivattyút, csökkenti a folyadékszállítást, végső esetben töréssel tönkre is teheti a járókereket.
A jelenséggel gyakran találkozhatunk a gyakorlatban. Amennyiben a kútban vízszint a szívómélység alá süllyed, úgy a szívócsőben megszakad a vízoszlop, a szállított vízmennyiség csökken, a szivattyú zajosan kezd működni. Ekkor beszélnek „gázos” kútról, holott erről nincs szó, csak az adott kút túlzott terheléséről.
Felszíni vízkivételnél a rosszul méretezett szívócső, vagy a szívókosár eltömődése is okozhat kavitációt.
4.2.1 ábra. Szivattyú járókerék kavitáció miatti károsodása
(Fotó: Tóth Á.)
A kavitációs jelenség káros következményei az alábbiakban foglalhatók össze:
- a kifejlődött kavitációt jellegzetes csattogó, pattogó hang kíséri, a szivattyú vibrál, rezgésbe jön, ami töréshez vezethet,
- kedvezőtlenné válnak a szivattyú hidraulikai jellemzői,
- csökken a hatásfok és a folyadékszállítás,
- a gőzbuborékok összeroppanása szerkezetianyag-roncsolást idézhet elő, ami a felületen (főként a járókerék szívóoldalán) apró, majd nagyobb részecskék kiszakadásában, szivacshoz hasonló lyukacsosságban, átmaródásban, végül nagyobb darabok letöredezésében nyilvánul meg.
A kavitáció oka lehet:
- a nagy helyi áramlási sebesség,
- a szállított folyadék felmelegedése,
- nyomáscsökkenés a szívóoldalon,
- a geodetikus szívómagasság (Hsg) növekedése, ill. a hozzáfolyási magasság csökkenése.
A kavitáció elkerülésének lehetőségei:
- az érintett szerkezeti elemeket a kavitációs eróziónak ellenálló anyagból kell készíteni. (Ha pl. a szürkeöntvény indexét 1,0-nek tekintjük, ehhez viszonyítva az acélöntvény 0,8; a bronz 0,5; a krómacél-öntvény 0,2; a króm-nikkel acél 0,05 eróziós értékű.),
- jó szívóképességű szivattyú megválasztása,
- a geodetikus szívómagasság helyes megválasztása.
A víz képes gázokat (oxigén, szén-dioxid, metán) is elnyelni, melyek a hőmérséklet és nyomás függvényében kiválhatnak a vízből, ez leginkább a mélyfúrású (30 m alatt) kutakra jellemző.
Vízütés
Csővezeték tervezésénél, kiépítésénél vegyük figyelembe a vízütés (kosütés, water hammer) okozta nyomásnövekedést és csökkenést.
Az áramló folyadékot hirtelen lassítva egy nyomásnövekedési hullám indul el a zárás helyétől. A növekedés értéke az alapnyomás többszöröse is lehet. A nyomásnövekedés nagysága és haladási sebessége függ a cső anyagától, méretétől, az áramló folyadék sebességétől és anyagától. A lezárás helyétől kiindulva egyre több folyadékrészecske megáll, és a cső fala kitágul, a folyadék összetorlódik. A víz mozgási energiája egy potenciális energia formájában felhalmozódik, mely többszöri lengés után a folyadék belső súrlódása által szűnik meg.
Hasonló jelenséget okozhat a csőbe zárt levegő is.
A szivattyúk hirtelen leállása is okozhat vízütést.
Helytelenül méretezett és üzemeltetett csövek és szerelvények a terhelés alatt összeroppanhatnak.
A vízütést csökkenthetjük, ha a hirtelen nyomásváltozás elkerülésére csavarorsós szelepeket építünk be a golyós kialakításúak helyett.
A depressziós hullám okozta csőtörés ellen a nyomóvezeték legmagasabb pontján felszerelt légbeszívó szeleppel védekezhetünk. Gyakran alkalmazott megoldás a légüst használata is. Ekkor a légüst és a nyomóvezeték közé fojtószelepet szokás beépíteni.
A műanyag csövek a hirtelen nyomásváltozással szemben rugalmasságuk miatt ellenállóbbak, mint az azbesztcement csövek.