La cavitazione è una condizione dannosa che spesso si verifica nelle unità di pompaggio centrifughe. La cavitazione può ridurre l'efficienza della pompa, causare vibrazioni e rumore e causare gravi danni alla girante della pompa, all'alloggiamento della pompa, all'albero e ad altre parti interne. La cavitazione si verifica quando la pressione del fluido nella pompa scende al di sotto della pressione di vaporizzazione, causando la formazione di bolle di vapore nell'area di bassa pressione. Queste bolle di vapore collassano o "implodono" violentemente quando entrano nell'area di alta pressione. Ciò può causare danni meccanici all'interno della pompa, creare punti deboli suscettibili di erosione e corrosione e compromettere le prestazioni della pompa.

La comprensione e l'implementazione di strategie per mitigare la cavitazione sono fondamentali per mantenere l'integrità operativa e la durata di servizio del pompe a corpo diviso .

Tipi di cavitazione nelle pompe

Per ridurre o prevenire la cavitazione in una pompa, è importante comprendere i diversi tipi di cavitazione che possono verificarsi. Questi tipi includono:

1. Cavitazione di vaporizzazione. Noto anche come "cavitazione classica" o "cavitazione con prevalenza di aspirazione netta positiva disponibile (NPSHa)", questo è il tipo di cavitazione più comune. Involucro diviso le pompe aumentano la velocità del fluido mentre passa attraverso il foro di aspirazione della girante. L'aumento di velocità equivale a una diminuzione della pressione del fluido. La riduzione della pressione può causare l'ebollizione (vaporizzazione) di parte del fluido e la formazione di bolle di vapore, che collasseranno violentemente e produrranno piccole onde d'urto quando raggiungeranno l'area ad alta pressione.

2. Cavitazione turbolenta. Componenti come gomiti, valvole, filtri, ecc. nel sistema di tubazioni potrebbero non essere adatti alla quantità o alla natura del liquido pompato, il che può causare vortici, turbolenze e differenze di pressione in tutto il liquido. Quando questi fenomeni si verificano all'ingresso della pompa, possono erodere direttamente l'interno della pompa o causare la vaporizzazione del liquido.

3. Cavitazione della sindrome della pala. Noto anche come "sindrome del passaggio della pala", questo tipo di cavitazione si verifica quando il diametro della girante è troppo grande o il rivestimento interno dell'alloggiamento della pompa è troppo spesso/il diametro interno dell'alloggiamento della pompa è troppo piccolo. Una o entrambe queste condizioni ridurranno lo spazio (gioco) all'interno dell'alloggiamento della pompa al di sotto dei livelli accettabili. La riduzione del gioco all'interno dell'alloggiamento della pompa causa un aumento della portata del fluido, con conseguente diminuzione della pressione. La riduzione della pressione può causare la vaporizzazione del fluido, creando bolle di cavitazione.

4. Cavitazione di ricircolo interno. Quando una pompa a divisione centrale non è in grado di scaricare il fluido alla portata richiesta, fa sì che parte o tutto il fluido ricircoli attorno alla girante. Il fluido di ricircolo passa attraverso aree a bassa e alta pressione, il che genera calore, alta velocità e forma bolle di vaporizzazione. Una causa comune di ricircolo interno è il funzionamento della pompa con la valvola di uscita della pompa chiusa (o a una bassa portata).

5. Cavitazione da trascinamento d'aria. L'aria può essere aspirata nella pompa attraverso una valvola guasta o un raccordo allentato. Una volta all'interno della pompa, l'aria si muove con il fluido. Il movimento del fluido e dell'aria può formare bolle che "esplodono" quando esposte all'aumento di pressione della girante della pompa.

Fattori che contribuiscono alla cavitazione - NPSH, NPSHa e NPSHr

L'NPSH è un fattore chiave per prevenire la cavitazione nelle pompe a corpo diviso. L'NPSH è la differenza tra la pressione di aspirazione effettiva e la pressione di vapore del fluido, misurata all'ingresso della pompa. I valori NPSH devono essere elevati per impedire che il fluido vaporizzi all'interno della pompa.

NPSHa è l'NPSH effettivo in condizioni operative della pompa. La prevalenza netta di aspirazione positiva richiesta (NPSHr) è l'NPSH minimo specificato dal produttore della pompa per evitare la cavitazione. NPSHa è una funzione delle tubazioni di aspirazione, dell'installazione e dei dettagli operativi della pompa. NPSHr è una funzione della progettazione della pompa e il suo valore è determinato dal test della pompa. NPSHr rappresenta la prevalenza disponibile in condizioni di test e viene in genere misurata come un calo del 3% della prevalenza della pompa (o della prevalenza della girante del primo stadio per pompe multistadio) per rilevare la cavitazione. NPSHa dovrebbe essere sempre maggiore di NPSHr per evitare la cavitazione.

Strategie per ridurre la cavitazione - Aumentare l'NPSHa per prevenire la cavitazione

Garantire che NPSHa sia maggiore di NPSHr è fondamentale per evitare la cavitazione. Questo può essere ottenuto tramite:

1. Abbassare l'altezza della pompa a corpo diviso rispetto al serbatoio di aspirazione/pozzetto. Il livello del fluido nel serbatoio di aspirazione/pozzetto può essere aumentato oppure la pompa può essere montata più in basso. Ciò aumenterà l'NPSHa all'ingresso della pompa.

2. Aumentare il diametro della tubazione di aspirazione. Ciò ridurrà la velocità del fluido a portata costante, riducendo così le perdite di carico di aspirazione nelle tubazioni e nei raccordi.

2. Ridurre le perdite di carico nei raccordi. Ridurre il numero di giunti nella linea di aspirazione della pompa. Utilizzare raccordi quali gomiti a raggio lungo, valvole a passaggio totale e riduttori conici per aiutare a ridurre le perdite di carico di aspirazione dovute ai raccordi.

3. Evitare di installare schermi e filtri sulla linea di aspirazione della pompa ogni volta che è possibile, poiché spesso causano cavitazione nelle pompe centrifughe. Se ciò non può essere evitato, assicurarsi che schermi e filtri sulla linea di aspirazione della pompa siano regolarmente ispezionati e puliti.

5. Raffreddare il fluido pompato per ridurne la pressione di vapore.

Comprendere il margine NPSH per prevenire la cavitazione

Il margine NPSH è la differenza tra NPSHa e NPSHr. Un margine NPSH più ampio riduce il rischio di cavitazione perché fornisce un fattore di sicurezza per impedire che NPSHa scenda al di sotto dei normali livelli operativi a causa di condizioni operative fluttuanti. I fattori che influenzano il margine NPSH includono le caratteristiche del fluido, la velocità della pompa e le condizioni di aspirazione.

Mantenimento del flusso minimo della pompa

Garantire che una pompa centrifuga funzioni al di sopra del flusso minimo specificato è fondamentale per ridurre la cavitazione. Far funzionare una pompa split case al di sotto del suo intervallo di flusso ottimale (area operativa consentita) aumenta la probabilità di creare un'area di bassa pressione che può indurre cavitazione.

Considerazioni sulla progettazione della girante per ridurre la cavitazione

Il design della girante gioca un ruolo importante nel determinare se una pompa centrifuga è soggetta a cavitazione. Giranti più grandi con meno pale tendono a fornire una minore accelerazione del fluido, il che riduce il rischio di cavitazione. Inoltre, giranti con diametri di ingresso maggiori o pale coniche aiutano a gestire il flusso del fluido in modo più fluido, riducendo al minimo la turbolenza e la formazione di bolle. L'utilizzo di materiali che resistono ai danni da cavitazione può prolungare la durata della girante e della pompa.

Utilizzo di dispositivi anti-cavitazione

I dispositivi anti-cavitazione, come gli accessori di condizionamento del flusso o i rivestimenti di soppressione della cavitazione, sono efficaci nell'attenuare la cavitazione. Questi dispositivi funzionano controllando la dinamica dei fluidi attorno alla girante, fornendo un flusso più costante e riducendo la turbolenza e le aree di bassa pressione che causano la cavitazione.

L'importanza del corretto dimensionamento della pompa per prevenire la cavitazione

Selezionare il tipo di pompa corretto e specificare la dimensione corretta per un'applicazione specifica è fondamentale per prevenire la cavitazione. Una pompa sovradimensionata potrebbe non funzionare in modo efficiente a flussi inferiori, con conseguente aumento del rischio di cavitazione, mentre una pompa sottodimensionata potrebbe dover lavorare di più per soddisfare i requisiti di flusso, il che aumenta anche la probabilità di cavitazione. La corretta selezione della pompa comporta un'analisi dettagliata dei requisiti di flusso massimo, normale e minimo, delle caratteristiche del fluido e del layout del sistema per garantire che la pompa funzioni entro l'intervallo operativo specificato. Un dimensionamento accurato previene la cavitazione e aumenta l'efficienza e l'affidabilità della pompa durante tutto il suo ciclo di vita.