Η σπηλαίωση είναι μια επιζήμια κατάσταση που εμφανίζεται συχνά σε φυγοκεντρικές αντλητικές μονάδες. Η σπηλαίωση μπορεί να μειώσει την απόδοση της αντλίας, να προκαλέσει κραδασμούς και θόρυβο και να οδηγήσει σε σοβαρή ζημιά στην πτερωτή, το περίβλημα της αντλίας, τον άξονα και άλλα εσωτερικά μέρη της αντλίας. Η σπηλαίωση συμβαίνει όταν η πίεση του ρευστού στην αντλία πέσει κάτω από την πίεση εξάτμισης, προκαλώντας τη δημιουργία φυσαλίδων ατμού στην περιοχή χαμηλής πίεσης. Αυτές οι φυσαλίδες ατμού καταρρέουν ή «εκρήγνυνται» βίαια όταν εισέρχονται στην περιοχή υψηλής πίεσης. Αυτό μπορεί να προκαλέσει μηχανική βλάβη στο εσωτερικό της αντλίας, να δημιουργήσει αδύναμα σημεία που είναι επιρρεπή στη διάβρωση και τη διάβρωση και να βλάψει την απόδοση της αντλίας.

Η κατανόηση και η εφαρμογή στρατηγικών για τον μετριασμό της σπηλαίωσης είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της λειτουργικής ακεραιότητας και της διάρκειας ζωής του αντλίες με χωριστό περίβλημα .

Τύποι σπηλαίωσης σε αντλίες

Για να μειώσετε ή να αποτρέψετε τη σπηλαίωση σε μια αντλία, είναι σημαντικό να κατανοήσετε τους διαφορετικούς τύπους σπηλαίωσης που μπορεί να προκύψουν. Αυτοί οι τύποι περιλαμβάνουν:

1.Σπηλαίωση εξάτμισης. Γνωστή και ως "κλασική σπηλαίωση" ή "καιτοποίηση καθαρής θετικής κεφαλής αναρρόφησης διαθέσιμης (NPSHa), αυτός είναι ο πιο κοινός τύπος σπηλαίωσης. Διαχωρισμένο περίβλημα οι αντλίες αυξάνουν την ταχύτητα του ρευστού καθώς διέρχεται από την οπή αναρρόφησης της πτερωτής. Η αύξηση της ταχύτητας ισοδυναμεί με μείωση της πίεσης του υγρού. Η μείωση της πίεσης μπορεί να προκαλέσει ένα μέρος του ρευστού να βράσει (εξάτμιση) και να σχηματίσει φυσαλίδες ατμού, οι οποίες θα καταρρεύσουν βίαια και θα παράγουν μικροσκοπικά κρουστικά κύματα όταν φτάσουν στην περιοχή υψηλής πίεσης.

2. Τυρβώδης σπηλαίωση. Εξαρτήματα όπως γωνίες, βαλβίδες, φίλτρα κ.λπ. στο σύστημα σωληνώσεων ενδέχεται να μην είναι κατάλληλα για την ποσότητα ή τη φύση του αντλούμενου υγρού, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει δίνες, αναταράξεις και διαφορές πίεσης σε όλο το υγρό. Όταν αυτά τα φαινόμενα συμβαίνουν στην είσοδο της αντλίας, μπορούν να διαβρώσουν άμεσα το εσωτερικό της αντλίας ή να προκαλέσουν εξάτμιση του υγρού.

3. Σπηλαίωση με σύνδρομο λεπίδας. Γνωστό και ως "σύνδρομο διέλευσης λεπίδας", αυτός ο τύπος σπηλαίωσης εμφανίζεται όταν η διάμετρος της πτερωτής είναι πολύ μεγάλη ή η εσωτερική επίστρωση του περιβλήματος της αντλίας είναι πολύ παχιά/η εσωτερική διάμετρος του περιβλήματος της αντλίας είναι πολύ μικρή. Οποιαδήποτε από αυτές τις συνθήκες ή και οι δύο θα μειώσουν τον χώρο (κενό) μέσα στο περίβλημα της αντλίας κάτω από τα αποδεκτά επίπεδα. Η μείωση στο διάκενο μέσα στο περίβλημα της αντλίας προκαλεί αύξηση του ρυθμού ροής του υγρού, με αποτέλεσμα τη μείωση της πίεσης. Η μείωση της πίεσης μπορεί να προκαλέσει την εξάτμιση του υγρού, δημιουργώντας φυσαλίδες σπηλαίωσης.

4.Σπηλαίωση εσωτερικής ανακυκλοφορίας. Όταν μια αντλία κεντρικού διαχωρισμού δεν μπορεί να εκκενώσει υγρό με τον απαιτούμενο ρυθμό ροής, αναγκάζει μέρος ή όλο το υγρό να ανακυκλωθεί γύρω από την πτερωτή. Το υγρό ανακυκλοφορίας διέρχεται από περιοχές χαμηλής και υψηλής πίεσης, οι οποίες παράγουν θερμότητα, υψηλή ταχύτητα και σχηματίζουν φυσαλίδες εξάτμισης. Μια κοινή αιτία εσωτερικής ανακυκλοφορίας είναι η λειτουργία της αντλίας με τη βαλβίδα εξόδου της αντλίας κλειστή (ή με χαμηλή παροχή).

5. Σπηλαίωση συμπαρασυρμού αέρα. Ο αέρας μπορεί να αναρροφηθεί στην αντλία μέσω μιας αποτυχημένης βαλβίδας ή χαλαρής προσαρμογής. Μόλις μπει στην αντλία, ο αέρας κινείται με το ρευστό. Η κίνηση του υγρού και του αέρα μπορεί να σχηματίσει φυσαλίδες που «εκρήγνυνται» όταν εκτεθούν στην αυξημένη πίεση της πτερωτής της αντλίας.

Παράγοντες που συμβάλλουν στη σπηλαίωση - NPSH, NPSHa και NPSHr

Το NPSH είναι ένας βασικός παράγοντας για την πρόληψη της σπηλαίωσης στις αντλίες με διαχωρισμένο περίβλημα. Το NPSH είναι η διαφορά μεταξύ της πραγματικής πίεσης αναρρόφησης και της τάσης ατμών του ρευστού, που μετράται στην είσοδο της αντλίας. Οι τιμές NPSH πρέπει να είναι υψηλές για να αποτρέπεται η εξάτμιση του υγρού μέσα στην αντλία.

Το NPSHa είναι το πραγματικό NPSH υπό τις συνθήκες λειτουργίας της αντλίας. Καθαρά θετική κεφαλή αναρρόφησης που απαιτείται (NPSHr) είναι το ελάχιστο NPSH που καθορίζεται από τον κατασκευαστή της αντλίας για την αποφυγή σπηλαίωσης. Το NPSHa είναι συνάρτηση των λεπτομερειών σωληνώσεων αναρρόφησης, εγκατάστασης και λειτουργίας της αντλίας. Το NPSHr είναι συνάρτηση του σχεδιασμού της αντλίας και η τιμή του καθορίζεται από τη δοκιμή της αντλίας. Το NPSHr αντιπροσωπεύει τη διαθέσιμη κεφαλή υπό συνθήκες δοκιμής και τυπικά μετράται ως πτώση 3% στην κεφαλή της αντλίας (ή κεφαλή πτερωτής πρώτου σταδίου για αντλίες πολλαπλών σταδίων) για την ανίχνευση της σπηλαίωσης. Το NPSHa θα πρέπει πάντα να είναι μεγαλύτερο από το NPSHr για να αποφευχθεί η σπηλαίωση.

Στρατηγικές για τη μείωση της σπηλαίωσης - Αύξηση του NPSHa για την πρόληψη της σπηλαίωσης

Η διασφάλιση ότι το NPSHa είναι μεγαλύτερο από το NPSHr είναι κρίσιμο για την αποφυγή της σπηλαίωσης. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με:

1. Μείωση του ύψους της αντλίας διαιρεμένου περιβλήματος σε σχέση με το δοχείο/κάρτερ αναρρόφησης. Η στάθμη του υγρού στη δεξαμενή/κάρτερ αναρρόφησης μπορεί να αυξηθεί ή η αντλία μπορεί να τοποθετηθεί χαμηλότερα. Αυτό θα αυξήσει το NPSHa στην είσοδο της αντλίας.

2. Αυξήστε τη διάμετρο των σωληνώσεων αναρρόφησης. Αυτό θα μειώσει την ταχύτητα του ρευστού με σταθερό ρυθμό ροής, μειώνοντας έτσι τις απώλειες κεφαλής αναρρόφησης στις σωληνώσεις και τα εξαρτήματα.

2.Μειώστε τις απώλειες κεφαλής στα εξαρτήματα. Μειώστε τον αριθμό των αρμών στη γραμμή αναρρόφησης της αντλίας. Χρησιμοποιήστε εξαρτήματα όπως γωνίες μεγάλης ακτίνας, βαλβίδες πλήρους οπής και κωνικούς μειωτήρες για να μειώσετε τις απώλειες της κεφαλής αναρρόφησης λόγω των εξαρτημάτων.

3. Αποφεύγετε την τοποθέτηση οθονών και φίλτρων στη γραμμή αναρρόφησης της αντλίας όποτε είναι δυνατόν, καθώς συχνά προκαλούν σπηλαίωση σε φυγοκεντρικές αντλίες. Εάν αυτό δεν μπορεί να αποφευχθεί, βεβαιωθείτε ότι οι οθόνες και τα φίλτρα στη γραμμή αναρρόφησης της αντλίας επιθεωρούνται και καθαρίζονται τακτικά.

5. Ψύξτε το αντλούμενο υγρό για να μειώσετε την τάση ατμών του.

Κατανοήστε το περιθώριο NPSH για την πρόληψη της σπηλαίωσης

Το περιθώριο NPSH είναι η διαφορά μεταξύ NPSHa και NPSHr. Ένα μεγαλύτερο περιθώριο NPSH μειώνει τον κίνδυνο σπηλαίωσης επειδή παρέχει έναν παράγοντα ασφαλείας για να αποτρέψει την πτώση του NPSHa κάτω από τα κανονικά επίπεδα λειτουργίας λόγω διακυμάνσεων των συνθηκών λειτουργίας. Οι παράγοντες που επηρεάζουν το περιθώριο NPSH περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά υγρού, ταχύτητα αντλίας και συνθήκες αναρρόφησης.

Διατήρηση της ελάχιστης ροής αντλίας

Η διασφάλιση ότι μια φυγοκεντρική αντλία λειτουργεί πάνω από την καθορισμένη ελάχιστη ροή είναι κρίσιμη για τη μείωση της σπηλαίωσης. Η λειτουργία μιας αντλίας με χωριστή θήκη κάτω από το βέλτιστο εύρος ροής της (επιτρεπόμενη περιοχή λειτουργίας) αυξάνει την πιθανότητα δημιουργίας μιας περιοχής χαμηλής πίεσης που μπορεί να προκαλέσει σπηλαίωση.

Θέματα σχεδίασης πτερωτής για τη μείωση της σπηλαίωσης

Ο σχεδιασμός της πτερωτής παίζει σημαντικό ρόλο στο εάν μια φυγοκεντρική αντλία είναι επιρρεπής σε σπηλαίωση. Οι μεγαλύτερες πτερωτές με λιγότερα πτερύγια τείνουν να παρέχουν λιγότερη επιτάχυνση υγρού, γεγονός που μειώνει τον κίνδυνο σπηλαίωσης. Επιπλέον, οι πτερωτές με μεγαλύτερες διαμέτρους εισόδου ή κωνικές λεπίδες βοηθούν στη διαχείριση της ροής του υγρού πιο ομαλά, ελαχιστοποιώντας τους στροβιλισμούς και το σχηματισμό φυσαλίδων. Η χρήση υλικών που αντιστέκονται στη φθορά λόγω σπηλαίωσης μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της πτερωτής και της αντλίας.

Χρήση συσκευών κατά της σπηλαίωσης

Οι συσκευές κατά της σπηλαίωσης, όπως τα αξεσουάρ ρύθμισης της ροής ή οι επενδύσεις καταστολής της σπηλαίωσης, είναι αποτελεσματικές στον μετριασμό της σπηλαίωσης. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν ελέγχοντας τη δυναμική του ρευστού γύρω από την πτερωτή, παρέχοντας σταθερότερη ροή και μειώνοντας τους στροβιλισμούς και τις περιοχές χαμηλής πίεσης που προκαλούν σπηλαίωση.

Η σημασία του σωστού μεγέθους αντλίας για την πρόληψη της σπηλαίωσης

Η επιλογή του σωστού τύπου αντλίας και ο καθορισμός του σωστού μεγέθους για μια συγκεκριμένη εφαρμογή είναι κρίσιμης σημασίας για την πρόληψη της σπηλαίωσης. Μια υπερμεγέθης αντλία μπορεί να μην λειτουργεί τόσο αποτελεσματικά σε χαμηλότερες ροές, με αποτέλεσμα αυξημένο κίνδυνο σπηλαίωσης, ενώ μια αντλία μικρού μεγέθους μπορεί να χρειαστεί να εργαστεί σκληρότερα για να καλύψει τις απαιτήσεις ροής, γεγονός που αυξάνει επίσης την πιθανότητα σπηλαίωσης. Η σωστή επιλογή αντλίας περιλαμβάνει μια λεπτομερή ανάλυση των απαιτήσεων μέγιστης, κανονικής και ελάχιστης ροής, των χαρακτηριστικών του υγρού και της διάταξης του συστήματος για να διασφαλιστεί ότι η αντλία λειτουργεί εντός του καθορισμένου εύρους λειτουργίας. Το ακριβές μέγεθος αποτρέπει τη σπηλαίωση και αυξάνει την απόδοση και την αξιοπιστία της αντλίας καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής της.