Kavitacija je štetno stanje koje se često javlja u centrifugalnim pumpnim jedinicama. Kavitacija može smanjiti efikasnost pumpe, uzrokovati vibracije i buku i dovesti do ozbiljnog oštećenja radnog kola pumpe, kućišta pumpe, osovine i drugih unutrašnjih dijelova. Kavitacija nastaje kada pritisak fluida u pumpi padne ispod pritiska isparavanja, uzrokujući stvaranje mehurića pare u oblasti niskog pritiska. Ovi mjehurići pare se urušavaju ili "implodiraju" nasilno kada uđu u područje visokog pritiska. To može uzrokovati mehaničko oštećenje unutar pumpe, stvoriti slabe tačke koje su podložne eroziji i koroziji, i smanjiti performanse pumpe.

Razumijevanje i implementacija strategija za ublažavanje kavitacije je ključna za održavanje operativnog integriteta i vijeka trajanja pumpe sa podeljenim kućištem .

Vrste kavitacije u pumpama

Da biste smanjili ili spriječili kavitaciju u pumpi, važno je razumjeti različite vrste kavitacije koje se mogu pojaviti. Ove vrste uključuju:

1. Vaporizacijska kavitacija. Također poznat kao "klasična kavitacija" ili "neto pozitivna usisna glava dostupna (NPSHa) kavitacija", ovo je najčešći tip kavitacije. Split kućište pumpe povećavaju brzinu fluida dok prolazi kroz usisni otvor radnog kola. Povećanje brzine je ekvivalentno smanjenju pritiska fluida. Smanjenje pritiska može uzrokovati da dio tekućine proključa (ispari) i formira mjehuriće pare, koji će se snažno srušiti i proizvesti male udarne valove kada stignu do područja visokog pritiska.

2. Turbulentna kavitacija. Komponente kao što su koljena, ventili, filteri, itd. u sistemu cjevovoda možda nisu prikladni za količinu ili prirodu dizane tekućine, što može uzrokovati vrtloge, turbulencije i razlike u tlaku u cijeloj tekućini. Kada se ove pojave dogode na ulazu u pumpu, one mogu direktno erodirati unutrašnjost pumpe ili uzrokovati isparavanje tekućine.

3. Kavitacija sindroma oštrice. Takođe poznat kao "sindrom prolaza lopatice", ova vrsta kavitacije nastaje kada je prečnik radnog kola prevelik ili je unutrašnji premaz kućišta pumpe predebeo/unutrašnji prečnik kućišta pumpe premali. Jedan ili oba ova uslova će smanjiti prostor (razmak) unutar kućišta pumpe ispod prihvatljivih nivoa. Smanjenje zazora unutar kućišta pumpe uzrokuje povećanje protoka tekućine, što rezultira smanjenjem tlaka. Smanjenje tlaka može uzrokovati isparavanje tekućine, stvarajući kavitacijske mjehuriće.

4. Unutrašnja recirkulacijska kavitacija. Kada centralno podijeljena pumpa ne može ispuštati tekućinu pri potrebnoj brzini protoka, to uzrokuje da dio ili cijela tekućina cirkulira oko radnog kola. Recirkulacijska tekućina prolazi kroz područja niskog i visokog tlaka, što stvara toplinu, veliku brzinu i formira mjehuriće isparavanja. Čest uzrok unutrašnje recirkulacije je rad pumpe sa zatvorenim izlaznim ventilom pumpe (ili pri malom protoku).

5. Kavitacija za uvlačenje vazduha. Zrak se može uvući u pumpu kroz neispravan ventil ili labav spoj. Jednom u pumpi, vazduh se kreće sa fluidom. Kretanje tekućine i zraka može stvoriti mjehuriće koji "eksplodiraju" kada su izloženi povećanom pritisku radnog kola pumpe.

Faktori koji doprinose kavitaciji - NPSH, NPSHa i NPSHr

NPSH je ključni faktor u sprečavanju kavitacije u pumpama sa podeljenim kućištem. NPSH je razlika između stvarnog usisnog pritiska i pritiska pare fluida, izmerenog na ulazu u pumpu. Vrijednosti NPSH moraju biti visoke kako bi se spriječilo isparavanje tekućine unutar pumpe.

NPSHa je stvarni NPSH pod radnim uslovima pumpe. Potrebna neto pozitivna usisna visina (NPSHr) je minimalni NPSH koji je naveo proizvođač pumpe kako bi se izbjegla kavitacija. NPSHa je funkcija usisnog cjevovoda, instalacijskih i radnih detalja pumpe. NPSHr je funkcija dizajna pumpe i njegova vrijednost je određena ispitivanjem pumpe. NPSHr predstavlja dostupnu visinu u uslovima ispitivanja i obično se meri kao pad od 3% u visini pumpe (ili glave rotora prvog stepena za višestepene pumpe) da bi se otkrila kavitacija. NPSHa bi uvijek trebao biti veći od NPSHr kako bi se izbjegla kavitacija.

Strategije za smanjenje kavitacije - Povećajte NPSHa da biste spriječili kavitaciju

Osigurati da je NPSHa veći od NPSHr ključno je za izbjegavanje kavitacije. To se može postići:

1. Snižavanje visine pumpe sa podeljenim kućištem u odnosu na usisni rezervoar/kaster. Nivo tečnosti u usisnom rezervoaru/karteru se može povećati ili se pumpa može montirati niže. Ovo će povećati NPSHa na ulazu u pumpu.

2. Povećajte prečnik usisne cevi. Ovo će smanjiti brzinu fluida pri konstantnom protoku, čime se smanjuju gubici usisne glave u cjevovodima i spojevima.

2.Smanjite gubitke glave u spojnicama. Smanjite broj spojeva u usisnom vodu pumpe. Koristite fitinge kao što su koljena dugog radijusa, ventili punog prečnika i konusni reduktori kako biste smanjili gubitke usisne glave zbog fitinga.

3. Izbjegavajte postavljanje sita i filtera na usisni vod pumpe kad god je to moguće, jer oni često uzrokuju kavitaciju u centrifugalnim pumpama. Ako se to ne može izbjeći, osigurajte da se mrežice i filteri na usisnom vodu pumpe redovno provjeravaju i čiste.

5. Ohladite pumpani fluid da smanjite pritisak njegove pare.

Razumjeti NPSH marginu za sprječavanje kavitacije

NPSH margina je razlika između NPSHa i NPSHr. Veća margina NPSH smanjuje rizik od kavitacije jer obezbjeđuje sigurnosni faktor koji sprečava pad NPSHa ispod normalnih radnih nivoa zbog fluktuirajućih radnih uslova. Faktori koji utiču na marginu NPSH uključuju karakteristike fluida, brzinu pumpe i uslove usisavanja.

Održavanje minimalnog protoka pumpe

Osiguravanje da centrifugalna pumpa radi iznad specificiranog minimalnog protoka je ključno za smanjenje kavitacije. Rad pumpe sa podeljenim kućištem ispod njenog optimalnog opsega protoka (dozvoljena radna površina) povećava verovatnoću stvaranja oblasti niskog pritiska koja može izazvati kavitaciju.

Razmatranje dizajna radnog kola za smanjenje kavitacije

Dizajn radnog kola igra važnu ulogu u tome da li je centrifugalna pumpa sklona kavitaciji. Veći impeleri sa manje lopatica imaju tendenciju da obezbede manje ubrzanje tečnosti, što smanjuje rizik od kavitacije. Dodatno, impeleri sa većim ulaznim prečnikom ili suženim lopaticama pomažu u glatkijem upravljanju protokom tečnosti, minimizirajući turbulenciju i stvaranje mehurića. Upotreba materijala koji su otporni na oštećenja od kavitacije može produžiti vijek radnog kola i pumpe.

Korištenje uređaja protiv kavitacije

Uređaji protiv kavitacije, kao što su dodaci za kondicioniranje protoka ili obloge za suzbijanje kavitacije, efikasni su u ublažavanju kavitacije. Ovi uređaji rade tako što kontrolišu dinamiku fluida oko radnog kola, obezbeđujući stabilniji protok i smanjujući turbulencije i područja niskog pritiska koja izazivaju kavitaciju.

Važnost odgovarajuće veličine pumpe u sprečavanju kavitacije

Odabir pravog tipa pumpe i određivanje ispravne veličine za određenu primjenu je od ključnog značaja za sprječavanje kavitacije. Pumpa prevelike veličine možda neće raditi tako efikasno pri nižim protocima, što rezultira povećanim rizikom od kavitacije, dok će pumpa premale veličine možda morati raditi više kako bi ispunila zahtjeve protoka, što također povećava vjerovatnoću kavitacije. Odgovarajući odabir pumpe uključuje detaljnu analizu zahtjeva maksimalnog, normalnog i minimalnog protoka, karakteristika fluida i rasporeda sistema kako bi se osiguralo da pumpa radi unutar specificiranog radnog opsega. Precizno dimenzionisanje sprečava kavitaciju i povećava efikasnost i pouzdanost pumpe tokom njenog životnog ciklusa.