Kawitacja to szkodliwy stan, który często występuje w jednostkach pomp odśrodkowych. Kawitacja może zmniejszyć wydajność pompy, powodować wibracje i hałas oraz prowadzić do poważnych uszkodzeń wirnika pompy, obudowy pompy, wału i innych części wewnętrznych. Kawitacja występuje, gdy ciśnienie cieczy w pompie spada poniżej ciśnienia parowania, powodując tworzenie się pęcherzyków pary w obszarze niskiego ciśnienia. Te pęcherzyki pary zapadają się lub gwałtownie „implodują”, gdy dostają się do obszaru wysokiego ciśnienia. Może to powodować uszkodzenia mechaniczne wewnątrz pompy, tworzyć słabe punkty podatne na erozję i korozję oraz pogarszać wydajność pompy.

Zrozumienie i wdrożenie strategii ograniczających kawitację ma kluczowe znaczenie dla utrzymania integralności operacyjnej i żywotności urządzenia. pompy z dzielonym korpusem .

Rodzaje kawitacji w pompach

Aby zmniejszyć lub zapobiec kawitacji w pompie, ważne jest zrozumienie różnych typów kawitacji, które mogą wystąpić. Te typy obejmują:

1. Kawitacja parowania. Znana również jako „kawitacja klasyczna” lub „kawitacja netto dodatniej dostępnej wysokości ssania (NPSHa)”, jest to najczęstszy rodzaj kawitacji. Obudowa dzielona pompy zwiększają prędkość cieczy, gdy przepływa ona przez otwór ssący wirnika. Wzrost prędkości jest równoważny spadkowi ciśnienia cieczy. Redukcja ciśnienia może spowodować wrzenie (odparowanie) części cieczy i utworzenie pęcherzyków pary, które gwałtownie zapadną się i wytworzą drobne fale uderzeniowe, gdy dotrą do obszaru wysokiego ciśnienia.

2. Kawitacja turbulentna. Elementy takie jak kolanka, zawory, filtry itp. w systemie rurociągów mogą nie być odpowiednie do ilości lub rodzaju pompowanej cieczy, co może powodować zawirowania, turbulencje i różnice ciśnień w całej cieczy. Gdy zjawiska te występują na wlocie pompy, mogą one bezpośrednio erodować wnętrze pompy lub powodować parowanie cieczy.

3. Kawitacja zespołu łopatkowego. Znana również jako „zespół przejścia łopatkowego”, ten typ kawitacji występuje, gdy średnica wirnika jest zbyt duża lub wewnętrzna powłoka obudowy pompy jest zbyt gruba/średnica wewnętrzna obudowy pompy jest zbyt mała. Każdy z tych warunków lub oba z nich zmniejszą przestrzeń (luz) wewnątrz obudowy pompy poniżej akceptowalnych poziomów. Zmniejszenie luzu wewnątrz obudowy pompy powoduje zwiększenie natężenia przepływu cieczy, co skutkuje spadkiem ciśnienia. Zmniejszenie ciśnienia może spowodować odparowanie cieczy, tworząc pęcherzyki kawitacyjne.

4. Kawitacja wewnętrznej recyrkulacji. Gdy pompa z centralnym rozdzieleniem nie jest w stanie odprowadzać płynu z wymaganym natężeniem przepływu, powoduje to, że część lub całość płynu recyrkuluje wokół wirnika. Recyrkulujący płyn przepływa przez obszary niskiego i wysokiego ciśnienia, co generuje ciepło, dużą prędkość i tworzy pęcherzyki parowania. Częstą przyczyną wewnętrznej recyrkulacji jest praca pompy z zamkniętym zaworem wylotowym pompy (lub przy niskim natężeniu przepływu).

5. Kawitacja wciągania powietrza. Powietrze może zostać zassane do pompy przez uszkodzony zawór lub luźne mocowanie. Po dostaniu się do pompy powietrze porusza się wraz z płynem. Ruch płynu i powietrza może tworzyć pęcherzyki, które „eksplodują” po wystawieniu na zwiększone ciśnienie wirnika pompy.

Czynniki wpływające na kawitację - NPSH, NPSHa i NPSHr

NPSH jest kluczowym czynnikiem zapobiegającym kawitacji w pompach z dzieloną obudową. NPSH to różnica między rzeczywistym ciśnieniem ssania a ciśnieniem pary cieczy, mierzonym na wlocie pompy. Wartości NPSH muszą być wysokie, aby zapobiec parowaniu cieczy w pompie.

NPSHa to rzeczywista wartość NPSH w warunkach pracy pompy. Wymagana dodatnia wysokość ssania netto (NPSHr) to minimalna wartość NPSH określona przez producenta pompy w celu uniknięcia kawitacji. NPSHa to funkcja rurociągu ssącego, instalacji i szczegółów działania pompy. NPSHr to funkcja konstrukcji pompy, a jej wartość jest określana na podstawie testów pompy. NPSHr reprezentuje dostępną wysokość w warunkach testowych i jest zazwyczaj mierzona jako 3% spadek wysokości pompy (lub wysokości wirnika pierwszego stopnia w przypadku pomp wielostopniowych) w celu wykrycia kawitacji. NPSHa powinno być zawsze większe niż NPSHr, aby uniknąć kawitacji.

Strategie redukcji kawitacji - zwiększ NPSHa, aby zapobiec kawitacji

Zapewnienie, że NPSHa jest większe niż NPSHr jest kluczowe dla uniknięcia kawitacji. Można to osiągnąć poprzez:

1. Obniżenie wysokości pompy z dzieloną obudową w stosunku do zbiornika ssawnego/miski olejowej. Poziom cieczy w zbiorniku ssawnym/misce olejowej można zwiększyć lub pompę można zamontować niżej. Spowoduje to zwiększenie NPSHa na wlocie pompy.

2. Zwiększ średnicę rurociągu ssącego. Spowoduje to zmniejszenie prędkości przepływu cieczy przy stałym natężeniu przepływu, zmniejszając tym samym straty ciśnienia ssącego w rurociągach i armaturach.

2. Zmniejsz straty ciśnienia w armaturze. Zmniejsz liczbę połączeń w linii ssącej pompy. Użyj armatury, takiej jak kolanka o długim promieniu, zawory o pełnym otworze i zwężane redukcje, aby pomóc zmniejszyć straty ciśnienia ssania spowodowane armaturą.

3. Unikaj instalowania sit i filtrów na linii ssącej pompy, jeśli to możliwe, ponieważ często powodują one kawitację w pompach odśrodkowych. Jeśli nie można tego uniknąć, upewnij się, że sita i filtry na linii ssącej pompy są regularnie sprawdzane i czyszczone.

5. Schłodź pompowaną ciecz, aby zmniejszyć jej ciśnienie pary.

Zrozum margines NPSH, aby zapobiec kawitacji

Margines NPSH to różnica między NPSHa i NPSHr. Większy margines NPSH zmniejsza ryzyko kawitacji, ponieważ zapewnia współczynnik bezpieczeństwa zapobiegający spadkowi NPSHa poniżej normalnych poziomów roboczych z powodu zmiennych warunków pracy. Czynniki wpływające na margines NPSH obejmują charakterystykę płynu, prędkość pompy i warunki ssania.

Utrzymywanie minimalnego przepływu pompy

Zapewnienie, że pompa odśrodkowa działa powyżej określonego minimalnego przepływu, ma kluczowe znaczenie dla zmniejszenia kawitacji. Eksploatacja pompy z rozdzieloną obudową poniżej jej optymalnego zakresu przepływu (dopuszczalnego obszaru roboczego) zwiększa prawdopodobieństwo utworzenia obszaru niskiego ciśnienia, który może wywołać kawitację.

Rozważania dotyczące konstrukcji wirnika w celu zmniejszenia kawitacji

Konstrukcja wirnika odgrywa ważną rolę w określeniu, czy pompa odśrodkowa jest podatna na kawitację. Większe wirniki z mniejszą liczbą łopatek zapewniają mniejsze przyspieszenie płynu, co zmniejsza ryzyko kawitacji. Ponadto wirniki z większymi średnicami wlotu lub stożkowymi łopatkami pomagają płynniej zarządzać przepływem płynu, minimalizując turbulencje i powstawanie pęcherzyków. Stosowanie materiałów odpornych na uszkodzenia kawitacyjne może wydłużyć żywotność wirnika i pompy.

Korzystanie z urządzeń antykawitacyjnych

Urządzenia antykawitacyjne, takie jak akcesoria do kondycjonowania przepływu lub tuleje tłumiące kawitację, są skuteczne w łagodzeniu kawitacji. Urządzenia te działają poprzez kontrolowanie dynamiki płynu wokół wirnika, zapewniając bardziej stabilny przepływ i redukując turbulencje i obszary niskiego ciśnienia, które powodują kawitację.

Znaczenie właściwego doboru wielkości pompy w zapobieganiu kawitacji

Wybór właściwego typu pompy i określenie właściwego rozmiaru dla konkretnego zastosowania ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania kawitacji. Pompa o zbyt dużej wydajności może nie działać tak wydajnie przy niższych przepływach, co zwiększa ryzyko kawitacji, podczas gdy pompa o zbyt małej wydajności może musieć pracować ciężej, aby spełnić wymagania dotyczące przepływu, co również zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia kawitacji. Prawidłowy wybór pompy obejmuje szczegółową analizę maksymalnych, normalnych i minimalnych wymagań dotyczących przepływu, charakterystyki płynu i układu systemu, aby zapewnić, że pompa działa w określonym zakresie roboczym. Dokładne określenie rozmiaru zapobiega kawitacji i zwiększa wydajność i niezawodność pompy przez cały cykl jej eksploatacji.