Cavitația este o afecțiune dăunătoare care apare adesea în unitățile de pompare centrifugă. Cavitația poate reduce eficiența pompei, poate provoca vibrații și zgomot și poate duce la deteriorarea gravă a rotorului pompei, a carcasei pompei, a arborelui și a altor părți interne. Cavitația apare atunci când presiunea fluidului din pompă scade sub presiunea de vaporizare, determinând formarea de bule de vapori în zona de joasă presiune. Aceste bule de vapori se prăbușesc sau „implodează” violent atunci când intră în zona de înaltă presiune. Acest lucru poate cauza deteriorări mecanice în interiorul pompei, poate crea puncte slabe care sunt susceptibile la eroziune și coroziune și poate afecta performanța pompei.

Înțelegerea și implementarea strategiilor de atenuare a cavitației este esențială pentru menținerea integrității operaționale și a duratei de viață a pompe cu carcasă despicată .

Tipuri de cavitație în pompe

Pentru a reduce sau a preveni cavitația într-o pompă, este important să înțelegeți diferitele tipuri de cavitație care pot apărea. Aceste tipuri includ:

1. Cavitație prin vaporizare. Cunoscută și sub denumirea de „cavitație clasică” sau „cavitație net pozitivă de aspirație disponibilă (NPSHa)”, acesta este cel mai comun tip de cavitație. Carcasă despicată pompele cresc viteza fluidului pe măsură ce trece prin orificiul de aspirație al rotorului. Creșterea vitezei este echivalentă cu o scădere a presiunii fluidului. Reducerea presiunii poate face ca o parte din lichid să fierbe (vaporeze) și să formeze bule de vapori, care se vor prăbuși violent și vor produce mici unde de șoc atunci când ajung în zona de înaltă presiune.

2. Cavitație turbulentă. Componentele precum coturile, supapele, filtrele etc. din sistemul de conducte pot să nu fie potrivite pentru cantitatea sau natura lichidului pompat, ceea ce poate cauza turbulențe, turbulențe și diferențe de presiune în lichid. Atunci când aceste fenomene apar la intrarea pompei, ele pot eroda direct interiorul pompei sau pot provoca vaporizarea lichidului.

3. Cavitația sindromului lamei. Cunoscut și sub denumirea de „sindromul trecerii lamei”, acest tip de cavitație apare atunci când diametrul rotorului este prea mare sau învelișul intern al carcasei pompei este prea gros/diametrul interior al carcasei pompei este prea mic. Oricare dintre aceste condiții sau ambele vor reduce spațiul (spațiul liber) din carcasa pompei la sub niveluri acceptabile. Reducerea jocului din carcasa pompei determină creșterea debitului de fluid, rezultând o scădere a presiunii. Reducerea presiunii poate determina vaporizarea fluidului, creând bule de cavitație.

4.Cavitație de recirculare internă. Atunci când o pompă cu despicare centrală nu poate descărca fluidul la debitul necesar, aceasta face ca o parte sau tot fluidul să recirculeze în jurul rotorului. Fluidul în recirculare trece prin zone de presiune joasă și înaltă, ceea ce generează căldură, viteză mare și formează bule de vaporizare. O cauză comună a recircularei interne este funcționarea pompei cu supapa de evacuare a pompei închisă (sau la un debit scăzut).

5. Cavitația antrenării aerului. Aerul poate fi aspirat în pompă printr-o supapă defectă sau prin racordul liber. Odată ajuns în pompă, aerul se mișcă odată cu fluidul. Mișcarea fluidului și a aerului poate forma bule care „explodează” atunci când sunt expuse la presiunea crescută a rotorului pompei.

Factorii care contribuie la cavitație - NPSH, NPSHa și NPSHr

NPSH este un factor cheie în prevenirea cavitației în pompele cu carcasă divizată. NPSH este diferența dintre presiunea reală de aspirație și presiunea de vapori a fluidului, măsurată la admisia pompei. Valorile NPSH trebuie să fie ridicate pentru a preveni vaporizarea fluidului în pompă.

NPSHa este NPSH real în condițiile de funcționare ale pompei. Înălțimea de aspirație pozitivă netă necesară (NPSHr) este NPSH minimă specificată de producătorul pompei pentru a evita cavitația. NPSHa este o funcție a conductei de aspirație, a instalării și a detaliilor de funcționare ale pompei. NPSHr este o funcție de proiectarea pompei și valoarea acesteia este determinată prin testarea pompei. NPSHr reprezintă înălțimea disponibilă în condițiile de testare și este măsurată în mod obișnuit ca o scădere de 3% a înălțimii pompei (sau capul rotorului din prima etapă pentru pompele cu mai multe trepte) pentru a detecta cavitația. NPSHa ar trebui să fie întotdeauna mai mare decât NPSHr pentru a evita cavitația.

Strategii de reducere a cavitației - Creșterea NPSHa pentru a preveni cavitația

Asigurarea că NPSHa este mai mare decât NPSHr este esențială pentru a evita cavitația. Acest lucru poate fi realizat prin:

1. Coborârea înălțimii pompei cu carcasă divizată în raport cu rezervorul/bagaul de aspirație. Nivelul lichidului din rezervorul/baga de aspirație poate fi crescut sau pompa poate fi montată mai jos. Acest lucru va crește NPSHa la admisia pompei.

2. Măriți diametrul conductei de aspirație. Acest lucru va reduce viteza fluidului la un debit constant, reducând astfel pierderile de cap de aspirație în conducte și fitinguri.

2. Reduce pierderile de cap în fitinguri. Reduceți numărul de îmbinări în conducta de aspirație a pompei. Utilizați fitinguri, cum ar fi coturi cu rază lungă, supape cu pas complet și reductoare conice pentru a ajuta la reducerea pierderilor de cap de aspirație datorate fitingurilor.

3.Evitați instalarea de ecrane și filtre pe conducta de aspirație a pompei ori de câte ori este posibil, deoarece acestea provoacă adesea cavitație în pompele centrifuge. Dacă acest lucru nu poate fi evitat, asigurați-vă că ecranele și filtrele de pe conducta de aspirație a pompei sunt inspectate și curățate în mod regulat.

5. Răciți fluidul pompat pentru a-i reduce presiunea vaporilor.

Înțelegeți Marja NPSH pentru a preveni cavitația

Marja NPSH este diferența dintre NPSHa și NPSHr. O marjă NPSH mai mare reduce riscul de cavitație, deoarece oferă un factor de siguranță pentru a preveni scăderea NPSHa sub nivelurile normale de funcționare din cauza condițiilor de operare fluctuante. Factorii care afectează marja NPSH includ caracteristicile fluidului, viteza pompei și condițiile de aspirație.

Menținerea debitului minim al pompei

Asigurarea că o pompă centrifugă funcționează peste debitul minim specificat este esențială pentru reducerea cavitației. Operarea unei pompe cu carcasă divizată sub intervalul optim de debit (zona de operare admisă) crește probabilitatea de a crea o zonă de presiune scăzută care poate induce cavitația.

Considerații de proiectare a rotorului pentru a reduce cavitația

Designul rotorului joacă un rol important în ceea ce privește dacă o pompă centrifugă este predispusă la cavitație. Rotoarele mai mari cu palete mai puține tind să ofere o accelerație mai mică a fluidului, ceea ce reduce riscul de cavitație. În plus, rotoarele cu diametre mai mari de admisie sau palete conice ajută la gestionarea mai lin a fluxului de fluid, reducând la minimum turbulențele și formarea de bule. Utilizarea materialelor care rezistă la deteriorarea cavitației poate prelungi durata de viață a rotorului și a pompei.

Utilizarea dispozitivelor anti-cavitație

Dispozitivele anti-cavitație, cum ar fi accesoriile de condiționare a fluxului sau căptușelile de suprimare a cavitației, sunt eficiente în atenuarea cavitației. Aceste dispozitive funcționează prin controlul dinamicii fluidelor din jurul rotorului, oferind un flux mai constant și reducând turbulențele și zonele de joasă presiune care provoacă cavitația.

Importanța dimensionării corecte a pompei în prevenirea cavitației

Selectarea tipului potrivit de pompă și specificarea dimensiunii corecte pentru o anumită aplicație este esențială pentru prevenirea cavitației. Este posibil ca o pompă supradimensionată să nu funcționeze la fel de eficient la debite mai mici, ceea ce duce la un risc crescut de cavitație, în timp ce o pompă subdimensionată poate fi nevoită să lucreze mai mult pentru a îndeplini cerințele de debit, ceea ce crește, de asemenea, probabilitatea de cavitație. Selectarea corectă a pompei implică o analiză detaliată a cerințelor de debit maxim, normal și minim, a caracteristicilor fluidului și a dispoziției sistemului pentru a se asigura că pompa funcționează în intervalul de funcționare specificat. Dimensionarea precisă previne cavitația și crește eficiența și fiabilitatea pompei pe tot parcursul ciclului de viață.