Kavitace je škodlivý stav, který se často vyskytuje u odstředivých čerpacích jednotek. Kavitace může snížit účinnost čerpadla, způsobit vibrace a hluk a vést k vážnému poškození oběžného kola čerpadla, tělesa čerpadla, hřídele a dalších vnitřních částí. Ke kavitaci dochází, když tlak kapaliny v čerpadle klesne pod tlak odpařování, což způsobí tvorbu bublinek páry v oblasti nízkého tlaku. Tyto bubliny páry se zhroutí nebo prudce "implodují", když se dostanou do oblasti vysokého tlaku. To může způsobit mechanické poškození uvnitř čerpadla, vytvořit slabá místa, která jsou náchylná k erozi a korozi, a zhoršit výkon čerpadla.

Pochopení a implementace strategií ke zmírnění kavitace je zásadní pro zachování provozní integrity a životnosti čerpadla s děleným pláštěm .

Typy kavitace v čerpadlech

Pro snížení nebo prevenci kavitace v čerpadle je důležité porozumět různým typům kavitace, které se mohou vyskytnout. Mezi tyto typy patří:

1.Vaporizační kavitace. Také známá jako „klasická kavitace“ nebo „kavitace s čistou pozitivní sací hlavou (NPSHa)“, jedná se o nejběžnější typ kavitace. Dělené pouzdro čerpadla zvyšují rychlost kapaliny při průchodu sacím otvorem oběžného kola. Zvýšení rychlosti je ekvivalentní poklesu tlaku tekutiny. Snížení tlaku může způsobit, že se část tekutiny vaří (vypaří) a tvoří bubliny páry, které se prudce zhroutí a vytvoří malé rázové vlny, když dosáhnou oblasti vysokého tlaku.

2. Turbulentní kavitace. Součásti jako kolena, ventily, filtry atd. v potrubním systému nemusí být vhodné pro množství nebo povahu čerpané kapaliny, což může způsobit víry, turbulence a tlakové rozdíly v kapalině. Pokud k těmto jevům dojde na vstupu do čerpadla, mohou přímo erodovat vnitřek čerpadla nebo způsobit vypařování kapaliny.

3. Blade syndrom kavitace. Tento typ kavitace, známý také jako "syndrom průchodu lopatkami", nastává, když je průměr oběžného kola příliš velký nebo vnitřní povlak skříně čerpadla je příliš silný/vnitřní průměr skříně čerpadla je příliš malý. Jedna nebo obě tyto podmínky zmenší prostor (vůli) uvnitř skříně čerpadla pod přijatelnou úroveň. Snížení vůle uvnitř skříně čerpadla způsobí zvýšení průtoku tekutiny, což má za následek pokles tlaku. Snížení tlaku může způsobit vypařování tekutiny a vytváření kavitačních bublin.

4.Kavitace vnitřní recirkulace. Když středově dělené čerpadlo není schopno vypouštět kapalinu při požadovaném průtoku, způsobí to, že část nebo všechna kapalina recirkuluje kolem oběžného kola. Recirkulující tekutina prochází oblastmi s nízkým a vysokým tlakem, což generuje teplo, vysokou rychlost a tvoří odpařovací bubliny. Častou příčinou vnitřní recirkulace je provoz čerpadla s uzavřeným výstupním ventilem čerpadla (nebo při nízkém průtoku).

5. Vzduchová kavitace. Vzduch může být nasáván do čerpadla přes vadný ventil nebo uvolněnou armaturu. Jakmile je uvnitř čerpadla, vzduch se pohybuje s kapalinou. Pohyb tekutiny a vzduchu může vytvářet bubliny, které „explodují“, když jsou vystaveny zvýšenému tlaku oběžného kola čerpadla.

Faktory, které přispívají ke kavitaci - NPSH, NPSHa a NPSHr

NPSH je klíčovým faktorem v prevenci kavitace u čerpadel s děleným pláštěm. NPSH je rozdíl mezi skutečným tlakem sání a tlakem par kapaliny, měřený na vstupu čerpadla. Hodnoty NPSH musí být vysoké, aby se zabránilo odpařování kapaliny v čerpadle.

NPSHa je aktuální NPSH za provozních podmínek čerpadla. Požadovaná čistá pozitivní sací výška (NPSHr) je minimální NPSH specifikovaná výrobcem čerpadla, aby se zabránilo kavitaci. NPSHa je funkcí sacího potrubí, instalace a provozních detailů čerpadla. NPSHr je funkcí konstrukce čerpadla a jeho hodnota je určena testováním čerpadla. NPSHr představuje dostupnou dopravní výšku za testovacích podmínek a obvykle se měří jako 3% pokles hlavy čerpadla (nebo hlavy oběžného kola prvního stupně u vícestupňových čerpadel) pro detekci kavitace. NPSHa by měla být vždy vyšší než NPSHr, aby se zabránilo kavitaci.

Strategie pro snížení kavitace – zvýšením NPSHa zabráníte kavitaci

Zajištění, že NPSHa je vyšší než NPSHr, je zásadní pro zamezení kavitace. Toho lze dosáhnout:

1. Snížení výšky čerpadla s děleným pláštěm vzhledem k sací nádrži/jímce. Hladinu kapaliny v sací nádrži/jímce lze zvýšit nebo čerpadlo namontovat níže. Tím se zvýší NPSHa na vstupu čerpadla.

2. Zvětšete průměr sacího potrubí. Tím se sníží rychlost kapaliny při konstantním průtoku, čímž se sníží ztráty sací výšky v potrubí a armaturách.

2.Snížení tlakových ztrát v armaturách. Snižte počet spojů v sacím potrubí čerpadla. Použijte armatury, jako jsou kolena s dlouhým poloměrem, ventily s plným otvorem a kuželové redukce, abyste pomohli snížit ztráty na sací výšce způsobené armaturami.

3. Pokud je to možné, neinstalujte na sací potrubí čerpadla síta a filtry, protože často způsobují kavitaci v odstředivých čerpadlech. Pokud tomu nelze zabránit, zajistěte pravidelnou kontrolu a čištění sít a filtrů na sacím potrubí čerpadla.

5. Ochlaďte čerpanou kapalinu, abyste snížili její tlak par.

Pochopte marži NPSH, abyste zabránili kavitaci

NPSH margin je rozdíl mezi NPSHa a NPSHr. Větší rezerva NPSH snižuje riziko kavitace, protože poskytuje bezpečnostní faktor, který zabraňuje poklesu NPSHa pod normální provozní úrovně v důsledku kolísání provozních podmínek. Mezi faktory, které ovlivňují rezervu NPSH, patří charakteristiky kapaliny, rychlost čerpadla a podmínky sání.

Udržování minimálního průtoku čerpadla

Pro snížení kavitace je zásadní zajistit, aby odstředivé čerpadlo pracovalo nad stanoveným minimálním průtokem. Provozování čerpadla s děleným pouzdrem pod jeho optimálním průtokovým rozsahem (přípustná provozní oblast) zvyšuje pravděpodobnost vytvoření nízkotlaké oblasti, která může vyvolat kavitaci.

Úvahy o konstrukci oběžného kola pro snížení kavitace

Konstrukce oběžného kola hraje důležitou roli v tom, zda je odstředivé čerpadlo náchylné ke kavitaci. Větší oběžná kola s méně lopatkami mají tendenci poskytovat menší zrychlení kapaliny, což snižuje riziko kavitace. Kromě toho oběžná kola s větším vstupním průměrem nebo zkosenými lopatkami pomáhají řídit proudění kapaliny plynuleji, čímž se minimalizují turbulence a tvorba bublin. Použití materiálů, které odolávají kavitačnímu poškození, může prodloužit životnost oběžného kola a čerpadla.

Používání antikavitačních zařízení

Antikavitační zařízení, jako je příslušenství pro úpravu průtoku nebo vložky potlačující kavitaci, jsou účinná při zmírňování kavitace. Tato zařízení fungují tak, že řídí dynamiku kapaliny kolem oběžného kola, zajišťují stabilnější proudění a snižují turbulence a nízkotlaké oblasti, které způsobují kavitaci.

Význam správného dimenzování čerpadla při prevenci kavitace

Výběr správného typu čerpadla a specifikace správné velikosti pro konkrétní aplikaci je rozhodující pro prevenci kavitace. Předimenzované čerpadlo nemusí fungovat tak efektivně při nižších průtokech, což má za následek zvýšené riziko kavitace, zatímco poddimenzované čerpadlo může muset pracovat tvrději, aby splnilo požadavky na průtok, což také zvyšuje pravděpodobnost kavitace. Správný výběr čerpadla zahrnuje podrobnou analýzu požadavků na maximální, normální a minimální průtok, charakteristiky kapaliny a uspořádání systému, aby bylo zajištěno, že čerpadlo pracuje ve specifikovaném provozním rozsahu. Přesné dimenzování zabraňuje kavitaci a zvyšuje účinnost a spolehlivost čerpadla po celou dobu jeho životního cyklu.