สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบเปลือกไทเทเนียมที่แช่อย่างถาวรในปริมาณน้ำจากแม่น้ำที่ไหล (ของแข็งที่ละลายทั้งหมด 300 ppm, pH 7.2, 25 องศา) ความหนาของผนังขั้นต่ำที่จะทนทานต่อการเกิดโพรงอากาศจากปั๊มใกล้เคียงคือเท่าใด

ข้อดีข้อเสียพื้นฐานของเครื่องทำความร้อนไทเทเนียมสำหรับปั๊ม-โพรงอากาศเหนี่ยวนำ
ปั๊มในโครงสร้างรับน้ำในแม่น้ำจะถ่ายเทน้ำไปยังโรงบำบัดหรือระบบทำความเย็นทางอุตสาหกรรม บางครั้งมีการวางเครื่องทำความร้อนแบบเปลือกไทเทเนียมเพื่อหลีกเลี่ยงการแช่แข็งหรือเพื่อรักษาอุณหภูมิให้ต่ำที่สุด หากเครื่องทำความร้อนอยู่ใกล้กับทางเข้าหรือทางออกของปั๊ม ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดโพรงอากาศซึ่งเป็นการผลิตและการยุบตัวของฟองไอในน้ำที่กำลังเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว การเกิดโพรงอากาศทำให้เกิดแรงดันกระแทกเฉพาะที่มากกว่า 1,000 บาร์ และไอพ่นขนาดเล็ก-ที่มีความเร็วสูงสุด 100 เมตร/วินาที ส่งผลให้เกิดการสึกหรอของพื้นผิวไทเทเนียมโดยกลไกการล้า ความหนาของผนังขั้นต่ำที่จะทนทานต่อการกัดกร่อนของโพรงอากาศขึ้นอยู่กับความเข้มของโพรงอากาศ (ฟังก์ชันของการออกแบบปั๊มและความเร็วการไหล) และความต้านทานของไทเทเนียมต่อการโหลดแบบวน ความหนาของผนังเป็นชั้นบูชายัญที่สามารถเสื่อมสภาพก่อนการเจาะ การวิเคราะห์นี้ระบุความหนาของผนังขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับสภาวะการเกิดโพรงอากาศในสถานีสูบน้ำในแม่น้ำทั่วไป

ผลต่อความสมบูรณ์ทางกล: กลไกการกัดเซาะของคาวิเทชัน
เมื่อความดันเฉพาะที่ต่ำกว่าความดันไอของน้ำ การเกิดโพรงอากาศจะเกิดขึ้นและเกิดฟองอากาศขึ้น ฟองอากาศเหล่านี้จะยุบตัวลงอย่างรวดเร็วเมื่อพบกับบริเวณที่มีความกดอากาศสูงกว่า ฟองอากาศที่ยุบตัวทำให้เกิดไมโคร-ไอพ่นที่ความเร็ว 50-150 ม./วินาที กระทบกับพื้นผิวข้างเคียง ผลสะสมของการยุบตัวของฟองอากาศนับล้านในแต่ละวินาทีทำให้เกิดความล้าของพื้นผิว งานแข็งตัว และสูญเสียวัสดุในที่สุด ระยะเวลาฟักตัว (เวลาก่อนที่จะเริ่มการสูญเสียน้ำหนักที่สังเกตได้) สำหรับไทเทเนียมเกรด 2 ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของการเกิดฟองอากาศที่แสดงโดยหมายเลขการเกิดฟอง σ=(P - P_vapor) / (0.5 × ρ × v²) ยิ่งค่า σ ต่ำ โพรงอากาศก็จะยิ่งเข้มข้นมากขึ้น

ความเร็วการไหลปกติของปริมาณน้ำในแม่น้ำคือ 2–4 เมตร/วินาที ที่ตำแหน่งของเครื่องทำความร้อน หมายเลขคาวิเทชันอยู่ระหว่าง 0.3 ถึง 1.0 ซึ่งบ่งชี้ถึงการเกิดคาวิเทชันปานกลางถึงรุนแรง อัตราการกัดเซาะของคาวิเทชันของไทเทเนียมเกรด 2 ภายใต้สภาวะเหล่านี้คือ 0.2–0.8 มม. ต่อปีหลังจากการบ่ม ระยะฟักตัวคือ 100-500 ชั่วโมง วัสดุจะถูกกำจัดออก จากนั้นจึงกำจัดออกด้วยความเร็วคงที่

ผลต่อสมรรถนะทางความร้อน: ความเร็วการไหลและอัตราการกัดเซาะ
อัตราการกัดเซาะของคาวิเทชันจะแปรผันตามความเร็วเป็นกำลัง 4-6 (ไวอย่างยิ่ง) อัตราการกัดเซาะลดลง 16–64 เท่า หากความเร็วการไหลลดลงจาก 4 ม./วินาที เป็น 2 ม./วินาที ความหนาของผนังไม่ส่งผลต่ออัตราการกัดเซาะ - เพียงกำหนดระยะเวลาที่เครื่องทำความร้อนจะคงอยู่หลังจากการกัดเซาะเริ่มต้นเท่านั้น ประสิทธิภาพเชิงความร้อน (สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน) ได้รับการปรับปรุงตามความเร็วการไหลที่เพิ่มขึ้น ซึ่งขัดแย้งกัน ความเร็วที่สูงขึ้นจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำความร้อน แต่จะเพิ่มการกัดกร่อนของโพรงอากาศอย่างมาก

ความหนาของผนังขั้นต่ำ 10-การสังเคราะห์อายุการใช้งานปีของการแลกเปลี่ยน
ความเร็วการไหลที่เครื่องทำความร้อน (ม./วินาที) จำนวนคาวิเทชั่น (σ) อัตราการกัดเซาะ (มม./ปี) ผนังที่แนะนำ (พร้อมปัจจัยด้านความปลอดภัย) ผนังขั้นต่ำสำหรับอายุการใช้งาน 10 ปี (มม.)
1.5 m/s >1.0 (คาวิเทชั่น) 0.00 0.8 มม. (โครงสร้าง) 0.8 มม
0.8 (ปานกลาง) 2.0 ม./วินาที 0.10 1.0 มม. 1.2 มม
2.5 ม./วินาที 0.6 (ปานกลาง) 0.25 2.5 มม. 3.0 มม
3.0 ม./วินาที 0.4 (รุนแรง) 0.60 6.0 มม. ไม่สามารถใช้งานได้ 4.0 ม./วินาที 0.3 (รุนแรงมาก) 1.50 15 มม. เป็นไปไม่ได้
สำหรับการระบายน้ำจากแม่น้ำปกติที่มีความเร็วการไหล 1.5–2.0 ม./วินาที ที่ตำแหน่งของเครื่องทำความร้อน (ไม่ใช่ที่ทางเข้าของปั๊มทันที) ผนัง 1.2–1.5 มม. ก็เพียงพอสำหรับอายุการใช้งาน 10 ปี ความหนาของผนังที่ต้องการมากกว่า 2.5 เมตร/วินาทีนั้นไม่สามารถทำได้ และจำเป็นต้องมีการออกแบบใหม่

วิศวกรรมนอกกำแพง: ป้องกันการเกิดโพรงอากาศและการเคลื่อนย้ายเครื่องทำความร้อน
อัตราการกัดเซาะของคาวิเทชันจะแปรผันตามกำลังที่สี่ของความเร็วหรือมากกว่า ดังนั้นวิธีที่ดีที่สุดคือการเคลื่อนย้ายเครื่องทำความร้อนออกจากโซนความเร็วสูง ในพื้นที่ความเร็วจะลดลงเหลือ<0.5 m/sec by putting the heater in a stilling well or behind a perforated baffle, and therefore cavitation is completely eliminated irrespective of the pump operation. Alternatively the heater may be placed downstream of a larger pipe or beam which will generate a wake region with reduced velocity. If relocation is not possible, a cavitation resistant coating, e.g. titanium nitride (TiN, 5–10 µm thick) deposited by physical vapor deposition, raises the surface hardness from 150 HV to 2,500 HV, leading to a 10–20 times reduction in erosion rate. Life with TiN coating is 10+ years at 2.5 m/s with 1.0 mm wall.

สรุป ผนัง 1.5 มม. เพียงพอสำหรับสภาวะทั่วไป (v น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.0 ม./วินาที)
ความหนาของผนังขั้นต่ำที่จำเป็นในการต้านทานการเกิดโพรงอากาศจากปั๊มที่อยู่ใกล้เคียงสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบปลอกไทเทเนียมที่จมอยู่ใต้น้ำอย่างถาวรในปริมาณน้ำที่ไหลในแม่น้ำที่ 25 องศา โดยมีของแข็งที่ละลายทั้งหมด 300 ppm และ pH 7.2 เป็นฟังก์ชันของความเร็วการไหลเฉพาะที่ ด้วยความเร็วปกติ 1.5-2.0 ม./วินาที (นอกทางเข้าปั๊มทันที) ผนังไทเทเนียมเกรด 2 หนา 1.2-1.5 มม. มีอายุการใช้งาน 10 ปี ในกรณีที่ความเร็วมากกว่า 2.5 ม./วินาที จำเป็นต้องมีความหนาของผนังมากกว่า 3 มม. (ใช้ไม่ได้กับท่อทำความร้อน) และควรเคลื่อนย้ายหรือป้องกันเครื่องทำความร้อนด้วยแผ่นกั้นหรือการเคลือบ เครื่องทำความร้อนทางเข้าน้ำจากแม่น้ำควรระบุด้วยปลอกไทเทเนียมเกรด 2 ความหนาของผนัง 1.5 มม. ห่างจากทางเข้าหรือทางออกของปั๊มอย่างน้อย 1 ม. และติดตั้งด้วยแผ่นกั้นควบคุมการไหล หากเป็นไปได้ ผู้ผลิตจะคำนวณเลขคาวิเทชันและอัตราการกัดเซาะ ระบุความเร็วการไหลที่คาดหวังที่ตำแหน่งเครื่องทำความร้อน (m/s) และคุณลักษณะของปั๊ม การป้องกันการเกิดโพรงอากาศ (การลดความเร็ว) ดีกว่าการเพิ่มความหนาของผนังมาก