Кавитацията е вредно състояние, което често възниква в центробежните помпени агрегати. Кавитацията може да намали ефективността на помпата, да причини вибрации и шум и да доведе до сериозни повреди на работното колело на помпата, корпуса на помпата, вала и други вътрешни части. Кавитация възниква, когато налягането на течността в помпата падне под налягането на изпаряване, което води до образуване на мехурчета от пара в зоната с ниско налягане. Тези парни мехурчета се свиват или "имплодират" силно, когато навлязат в зоната с високо налягане. Това може да причини механична повреда вътре в помпата, да създаде слаби места, които са податливи на ерозия и корозия, и да влоши работата на помпата.

Разбирането и прилагането на стратегии за смекчаване на кавитацията е от решаващо значение за поддържане на оперативната цялост и експлоатационния живот на помпи с разделен корпус .

Видове кавитация в помпите

За да намалите или предотвратите кавитацията в помпата, е важно да разберете различните видове кавитация, които могат да възникнат. Тези видове включват:

1. Изпарителна кавитация. Известна още като „класическа кавитация“ или „кавитация с налична нетна положителна смукателна височина (NPSHa)“, това е най-често срещаният тип кавитация. Разделен корпус помпите увеличават скоростта на течността, докато преминава през смукателния отвор на работното колело. Увеличаването на скоростта е еквивалентно на намаляване на налягането на течността. Намаляването на налягането може да доведе до кипене (изпаряване) на част от течността и образуване на мехурчета от пара, които ще се срутят силно и ще произведат малки ударни вълни, когато достигнат зоната с високо налягане.

2. Турбулентна кавитация. Компоненти като колена, клапани, филтри и т.н. в тръбопроводната система може да не са подходящи за количеството или естеството на изпомпваната течност, което може да причини вихри, турбуленция и разлики в налягането в цялата течност. Когато тези явления се появят на входа на помпата, те могат директно да разрушат вътрешността на помпата или да причинят изпаряване на течността.

3. Кавитация при синдром на острието. Известен също като "синдром на преминаване на острието", този тип кавитация възниква, когато диаметърът на работното колело е твърде голям или вътрешното покритие на корпуса на помпата е твърде дебело/вътрешният диаметър на корпуса на помпата е твърде малък. Едното или и двете от тези условия ще намалят пространството (хлабината) в корпуса на помпата до нива под приемливите. Намаляването на хлабината в корпуса на помпата води до увеличаване на дебита на течността, което води до намаляване на налягането. Намаляването на налягането може да доведе до изпаряване на течността, създавайки кавитационни мехурчета.

4. Вътрешна рециркулационна кавитация. Когато централно разделена помпа не е в състояние да изпразни флуид с необходимия дебит, тя кара част или цялата течност да рециркулира около работното колело. Рециркулиращият флуид преминава през области с ниско и високо налягане, което генерира топлина, висока скорост и образува изпарителни мехурчета. Често срещана причина за вътрешна рециркулация е работата на помпата със затворен изходен вентил на помпата (или при нисък дебит).

5. Въздушна кавитация. Въздухът може да бъде вкаран в помпата през повреден клапан или разхлабен монтаж. Веднъж вътре в помпата, въздухът се движи заедно с течността. Движението на флуида и въздуха може да образува мехурчета, които "експлодират", когато са изложени на повишеното налягане на работното колело на помпата.

Фактори, които допринасят за кавитация - NPSH, NPSHa и NPSHr

NPSH е ключов фактор за предотвратяване на кавитация в помпи с разделен корпус. NPSH е разликата между действителното налягане на засмукване и налягането на парите на флуида, измерено на входа на помпата. Стойностите на NPSH трябва да са високи, за да се предотврати изпаряването на течността в помпата.

NPSHa е действителният NPSH при условията на работа на помпата. Необходимата положителна смукателна височина (NPSHr) е минималната NPSH, посочена от производителя на помпата, за да се избегне кавитация. NPSHa е функция на смукателния тръбопровод, инсталацията и работните детайли на помпата. NPSHr е функция на конструкцията на помпата и нейната стойност се определя чрез тестване на помпата. NPSHr представлява наличния напор при условия на изпитване и обикновено се измерва като 3% спад в напора на помпата (или главата на работното колело на първи етап за многостъпални помпи) за откриване на кавитация. NPSHa винаги трябва да е по-голямо от NPSHr, за да се избегне кавитация.

Стратегии за намаляване на кавитацията - Увеличете NPSHa, за да предотвратите кавитация

Гарантирането, че NPSHa е по-голямо от NPSHr е от решаващо значение за избягване на кавитация. Това може да се постигне чрез:

1. Намаляване на височината на помпата с разделен корпус спрямо смукателния резервоар/картер. Нивото на течността в смукателния резервоар/картер може да се увеличи или помпата може да се монтира по-ниско. Това ще увеличи NPSHa на входа на помпата.

2. Увеличете диаметъра на смукателния тръбопровод. Това ще намали скоростта на флуида при постоянен дебит, като по този начин ще намали загубите на смукателна височина в тръбопроводите и фитингите.

2.Намалете загубите на напор във фитингите. Намалете броя на съединенията в смукателната линия на помпата. Използвайте фитинги като колена с дълъг радиус, вентили с пълен отвор и конусовидни редуктори, за да намалите загубите на смукателна височина, дължащи се на фитингите.

3. Когато е възможно, избягвайте инсталирането на решетки и филтри на смукателния тръбопровод на помпата, тъй като те често причиняват кавитация в центробежните помпи. Ако това не може да се избегне, уверете се, че решетките и филтрите на смукателната линия на помпата се проверяват и почистват редовно.

5. Охладете изпомпвания флуид, за да намалите налягането на парите му.

Разберете границата на NPSH за предотвратяване на кавитация

NPSH марж е разликата между NPSHa и NPSHr. По-големият марж на NPSH намалява риска от кавитация, тъй като осигурява коефициент на безопасност, за да предотврати падането на NPSHa под нормалните работни нива поради колебания в работните условия. Факторите, които влияят върху границата на NPSH, включват характеристики на течността, скорост на помпата и условия на засмукване.

Поддържане на минималния дебит на помпата

Гарантирането, че центробежната помпа работи над определения минимален дебит, е от решаващо значение за намаляване на кавитацията. Работата на помпа с разделен корпус под нейния оптимален диапазон на дебит (допустима работна зона) увеличава вероятността от създаване на зона с ниско налягане, която може да предизвика кавитация.

Съображения за проектиране на работно колело за намаляване на кавитацията

Конструкцията на работното колело играе важна роля за това дали една центробежна помпа е склонна към кавитация. По-големите работни колела с по-малко лопатки обикновено осигуряват по-малко ускорение на течността, което намалява риска от кавитация. В допълнение, работните колела с по-големи входни диаметри или заострени лопатки спомагат за по-гладкото управление на потока течност, минимизирайки турбуленцията и образуването на мехурчета. Използването на материали, които са устойчиви на увреждане от кавитация, може да удължи живота на работното колело и помпата.

Използване на антикавитационни устройства

Устройствата против кавитация, като аксесоари за кондициониране на потока или облицовки за потискане на кавитацията, са ефективни за смекчаване на кавитацията. Тези устройства работят, като контролират динамиката на течността около работното колело, осигурявайки по-стабилен поток и намалявайки турбуленцията и областите с ниско налягане, които причиняват кавитация.

Значението на правилното оразмеряване на помпата за предотвратяване на кавитация

Изборът на правилния тип помпа и определянето на правилния размер за конкретно приложение е от решаващо значение за предотвратяване на кавитация. Голяма помпа може да не работи толкова ефективно при по-ниски дебити, което води до повишен риск от кавитация, докато по-малка помпа може да трябва да работи повече, за да отговори на изискванията за дебит, което също увеличава вероятността от кавитация. Правилният избор на помпа включва подробен анализ на изискванията за максимален, нормален и минимален дебит, характеристиките на флуида и оформлението на системата, за да се гарантира, че помпата работи в определения работен диапазон. Точното оразмеряване предотвратява кавитацията и повишава ефективността и надеждността на помпата през целия й жизнен цикъл.