קוויטציה היא מצב מזיק המתרחש לעתים קרובות ביחידות שאיבה צנטריפוגליות. קוויטציה יכולה להפחית את יעילות המשאבה, לגרום לרטט ורעש ולהוביל לנזק חמור לאימפלר של המשאבה, לבית המשאבה, לפיר ולחלקים פנימיים אחרים. קוויטציה מתרחשת כאשר לחץ הנוזל במשאבה יורד מתחת ללחץ האידוי, מה שגורם להיווצרות בועות אדים באזור הלחץ הנמוך. בועות אדים אלו קורסות או "מתפוצצות" בעוצמה כאשר הן נכנסות לאזור הלחץ הגבוה. הדבר עלול לגרום לנזק מכני בתוך המשאבה, ליצור נקודות תורפה הרגישות לשחיקה ולקורוזיה ולפגוע בביצועי המשאבה.

הבנה ויישום אסטרטגיות להפחתת קוויטציה היא קריטית לשמירה על השלמות התפעולית וחיי השירות של משאבות מארז מפוצל .

סוגי קוויטציה במשאבות

כדי להפחית או למנוע קוויטציה במשאבה, חשוב להבין את סוגי הקוויטציה השונים שיכולים להתרחש. סוגים אלה כוללים:

1. קאוויטציה אידוי. ידוע גם בשם "קאוויטציה קלאסית" או "קאוויטציה של ראש יניקה נטו חיובי (NPSHa)", זהו הסוג הנפוץ ביותר של קוויטציה. מעטפת מפוצלת משאבות מגדילות את מהירות הנוזל כשהוא עובר דרך חור היניקה של האימפלר. העלייה במהירות שווה לירידה בלחץ הנוזל. הפחתת הלחץ עלולה לגרום לחלק מהנוזל לרתוח (להתאדות) וליצור בועות אדים, אשר יקרסו בעוצמה וייצרו גלי הלם זעירים כאשר יגיעו לאזור הלחץ הגבוה.

2. קוויטציה סוערת. ייתכן שרכיבים כמו מרפקים, שסתומים, פילטרים וכדומה במערכת הצנרת לא יתאימו לכמות או אופיו של הנוזל הנשאב, מה שעלול לגרום למערבולות, מערבולות והפרשי לחצים בכל הנוזל. כאשר תופעות אלו מתרחשות בכניסה של המשאבה, הן עלולות לשחוק ישירות את פנים המשאבה או לגרום לאידוי הנוזל.

3. קוויטציה של תסמונת להב. הידוע גם בשם "תסמונת מעבר להב", סוג זה של קוויטציה מתרחש כאשר קוטר האימפלר גדול מדי או הציפוי הפנימי של בית המשאבה עבה מדי / הקוטר הפנימי של בית המשאבה קטן מדי. אחד מהתנאים הללו או שניהם יקטין את החלל (הפינוי) בתוך בית המשאבה מתחת לרמות המקובלות. הפחתת המרווח בתוך בית המשאבה גורם לקצב זרימת הנוזל לעלות, וכתוצאה מכך לירידה בלחץ. הפחתת הלחץ עלולה לגרום לנוזל להתאדות, וליצור בועות קוויטציה.

4. קוויטציה מחודשת פנימית. כאשר משאבה מפוצלת מרכזית אינה מסוגלת לפרוק נוזל בקצב הזרימה הנדרש, היא גורמת לחלק מהנוזל או כולו להסתובב מחדש סביב האימפלר. נוזל חוזר עובר דרך אזורי לחץ נמוך וגבוה, אשר מייצר חום, מהירות גבוהה ויוצר בועות אידוי. סיבה נפוצה למחזור פנימי הוא הפעלת המשאבה כאשר שסתום יציאת המשאבה סגור (או בקצב זרימה נמוך).

5. קוויטציה של סילוף אוויר. ניתן לשאוב אוויר למשאבה דרך שסתום כושל או חיבור רופף. ברגע שנכנס למשאבה, האוויר נע עם הנוזל. תנועת הנוזל והאוויר עלולה ליצור בועות ש"מתפוצצות" כאשר הן נחשפות ללחץ המוגבר של אימפלר המשאבה.

גורמים התורמים לקוויטציה - NPSH, NPSHa ו-NPSHr

NPSH הוא גורם מפתח במניעת קוויטציה במשאבות מעטפת מפוצלות. NPSH הוא ההבדל בין לחץ היניקה בפועל לבין לחץ האדים של הנוזל, הנמדד בכניסת המשאבה. ערכי NPSH חייבים להיות גבוהים כדי למנוע מהנוזל להתאדות בתוך המשאבה.

NPSHa הוא ה-NPSH בפועל בתנאי ההפעלה של המשאבה. ראש יניקה חיובי נטו הנדרש (NPSHr) הוא ה-NPSH המינימלי שצוין על ידי יצרן המשאבה כדי למנוע קוויטציה. NPSHa הוא פונקציה של צנרת היניקה, ההתקנה וההפעלה של המשאבה. NPSHr הוא פונקציה של תכנון המשאבה והערך שלה נקבע על ידי בדיקת משאבה. NPSHr מייצג את הראש הזמין בתנאי בדיקה ונמדד בדרך כלל כירידה של 3% בראש המשאבה (או ראש האימפלר השלב הראשון עבור משאבות רב-שלביות) כדי לזהות קוויטציה. NPSHa צריך תמיד להיות גדול מ-NPSHr כדי למנוע קוויטציה.

אסטרטגיות להפחתת קוויטציה - הגדלת NPSHa למניעת קוויטציה

הבטחה ש-NPSHa גדול יותר מ-NPSHr היא קריטית כדי להימנע מקוויטציה. ניתן להשיג זאת על ידי:

1. הורדת גובה משאבת המעטפת המפוצלת ביחס למאגר היניקה/השקע. ניתן להגביר את רמת הנוזל במאגר היניקה/האגורה או להרכיב את המשאבה נמוך יותר. זה יגדיל את NPSHa בכניסת המשאבה.

2. הגדל את קוטר צנרת היניקה. זה יקטין את מהירות הנוזל בקצב זרימה קבוע, ובכך יקטין את הפסדי ראש היניקה בצנרת ובאביזרים.

2.הפחתת אובדן ראש באביזרים. צמצם את מספר המפרקים בקו היניקה של המשאבה. השתמש באביזרים כגון מרפקים ברדיוס ארוך, שסתומי שקע מלא ומפחיתים מחודדים כדי לסייע בהפחתת אובדן ראש היניקה עקב אביזרי.

3. הימנעו מהתקנת מסכים ומסננים על קו היניקה של המשאבה במידת האפשר, מכיוון שהם גורמים לרוב לקוויטציה במשאבות צנטריפוגליות. אם לא ניתן להימנע מכך, ודא שמסכים ומסננים בקו היניקה של המשאבה נבדקים ומנקים באופן קבוע.

5. מצננים את הנוזל הנשאב כדי להפחית את לחץ האדים שלו.

הבן NPSH Margin למניעת קוויטציה

מרווח NPSH הוא ההבדל בין NPSHa ל-NPSHr. מרווח NPSH גדול יותר מפחית את הסיכון לקוויטציה מכיוון שהוא מספק מקדם בטיחות למניעת נפילת NPSHa מתחת לרמות ההפעלה הרגילות עקב תנודות בתנאי ההפעלה. גורמים המשפיעים על שולי NPSH כוללים מאפייני נוזל, מהירות משאבה ותנאי יניקה.

שמירה על זרימת המשאבה המינימלית

הבטחה שמשאבה צנטריפוגלית פועלת מעל הזרימה המינימלית שצוינה היא קריטית להפחתת הקוויטציה. הפעלת משאבה מפוצלת מתחת לטווח הזרימה האופטימלי שלה (אזור ההפעלה המותר) מגדילה את הסבירות ליצירת אזור בלחץ נמוך שיכול לגרום לקוויטציה.

שיקולי תכנון אימפלרים להפחתת קוויטציה

העיצוב של האימפלר ממלא תפקיד חשוב בשאלה האם משאבה צנטריפוגלית נוטה לקוויטציה. אימפלרים גדולים יותר עם פחות להבים נוטים לספק פחות תאוצת נוזלים, מה שמפחית את הסיכון לקוויטציה. בנוסף, אימפלרים בעלי קוטר כניסה גדול יותר או להבים מחודדים עוזרים לנהל את זרימת הנוזל בצורה חלקה יותר, ולמזער מערבולות והיווצרות בועות. שימוש בחומרים העומדים בפני נזקי קיטציה יכול להאריך את חיי האימפלר והמשאבה.

שימוש בהתקנים נגד קוויטציה

התקנים נגד קוויטציה, כגון אביזרי מיזוג זרימה או ספינות דיכוי קוויטציה, יעילים בהפחתת קוויטציה. התקנים אלה פועלים על ידי שליטה על דינמיקת הנוזלים סביב האימפלר, מספקים זרימה יציבה יותר והפחתת אזורי המערבולת והלחץ הנמוך הגורמים לקוויטציה.

החשיבות של גודל משאבה נכון במניעת קוויטציה

בחירת סוג המשאבה הנכון וציון הגודל הנכון עבור יישום ספציפי הוא קריטי למניעת קוויטציה. משאבה מגודלת עשויה שלא לפעול ביעילות בזרימות נמוכות יותר, וכתוצאה מכך סיכון מוגבר לקוויטציה, בעוד שמשאבה בגודל נמוך עשויה לעבוד קשה יותר כדי לעמוד בדרישות הזרימה, מה שגם מגדיל את הסבירות לקוויטציה. בחירת משאבה נכונה כוללת ניתוח מפורט של דרישות הזרימה המקסימלית, הרגילה והמינימלית, מאפייני הנוזל ופריסה של המערכת כדי להבטיח שהמשאבה פועלת בטווח הפעולה שצוין. גודל מדויק מונע קוויטציה ומגביר את היעילות והאמינות של המשאבה לאורך מחזור החיים שלה.