Kavitácia je škodlivý stav, ktorý sa často vyskytuje v odstredivých čerpacích jednotkách. Kavitácia môže znížiť účinnosť čerpadla, spôsobiť vibrácie a hluk a viesť k vážnemu poškodeniu obežného kolesa čerpadla, krytu čerpadla, hriadeľa a iných vnútorných častí. Kavitácia nastáva, keď tlak tekutiny v čerpadle klesne pod tlak odparovania, čo spôsobí tvorbu bublín pary v oblasti nízkeho tlaku. Tieto bubliny pary sa prudko zrútia alebo „implodujú“, keď sa dostanú do oblasti vysokého tlaku. To môže spôsobiť mechanické poškodenie vnútri čerpadla, vytvoriť slabé miesta, ktoré sú náchylné na eróziu a koróziu, a zhoršiť výkon čerpadla.

Pochopenie a implementácia stratégií na zmiernenie kavitácie je rozhodujúca pre udržanie prevádzkovej integrity a životnosti čerpadlá s deleným plášťom .

Typy kavitácie v čerpadlách

Na zníženie alebo prevenciu kavitácie v čerpadle je dôležité pochopiť rôzne typy kavitácie, ktoré sa môžu vyskytnúť. Tieto typy zahŕňajú:

1.Vaporizačná kavitácia. Tiež známy ako „klasická kavitácia“ alebo „kavitácia s čistou pozitívnou sacou hlavou (NPSHa)“, ide o najbežnejší typ kavitácie. Delené puzdro čerpadlá zvyšujú rýchlosť kvapaliny pri jej prechode cez sací otvor obežného kolesa. Zvýšenie rýchlosti je ekvivalentné zníženiu tlaku tekutiny. Zníženie tlaku môže spôsobiť, že časť tekutiny sa uvarí (vyparí) a vytvorí sa bubliny pary, ktoré sa prudko zrútia a vytvárajú malé rázové vlny, keď dosiahnu oblasť vysokého tlaku.

2. Turbulentná kavitácia. Komponenty ako sú kolená, ventily, filtre atď. v potrubnom systéme nemusia byť vhodné pre množstvo alebo povahu čerpanej kvapaliny, čo môže spôsobiť víry, turbulencie a tlakové rozdiely v kvapaline. Keď sa tieto javy vyskytnú na vstupe čerpadla, môžu priamo erodovať vnútro čerpadla alebo spôsobiť vyparovanie kvapaliny.

3. Syndróm čepele kavitácia. Tento typ kavitácie, známy aj ako "syndróm prepustenia lopatkami", sa vyskytuje, keď je priemer obežného kolesa príliš veľký alebo vnútorný povlak krytu čerpadla je príliš hrubý/vnútorný priemer krytu čerpadla je príliš malý. Jedna alebo obe tieto podmienky znížia priestor (svetlosť) v telese čerpadla pod prijateľnú úroveň. Zníženie vôle v telese čerpadla spôsobuje zvýšenie prietoku tekutiny, čo vedie k zníženiu tlaku. Zníženie tlaku môže spôsobiť vyparovanie tekutiny a vytváranie kavitačných bublín.

4.Vnútorná recirkulačná kavitácia. Keď čerpadlo s deleným stredom nie je schopné vypúšťať kvapalinu požadovaným prietokom, spôsobí to, že časť alebo všetka kvapalina recirkuluje okolo obežného kolesa. Recirkulujúca kvapalina prechádza oblasťami s nízkym a vysokým tlakom, čo vytvára teplo, vysokú rýchlosť a vytvára bubliny odparovania. Bežnou príčinou vnútornej recirkulácie je prevádzka čerpadla so zatvoreným výstupným ventilom čerpadla (alebo pri nízkom prietoku).

5. Kavitácia so strhávaním vzduchu. Vzduch môže byť nasávaný do čerpadla cez chybný ventil alebo uvoľnenú armatúru. Keď je vzduch vo vnútri čerpadla, pohybuje sa spolu s kvapalinou. Pohyb tekutiny a vzduchu môže vytvárať bubliny, ktoré „explodujú“, keď sú vystavené zvýšenému tlaku obežného kolesa čerpadla.

Faktory, ktoré prispievajú ku kavitácii - NPSH, NPSHa a NPSHr

NPSH je kľúčovým faktorom pri prevencii kavitácie v čerpadlách s deleným plášťom. NPSH je rozdiel medzi skutočným sacím tlakom a tlakom pár kvapaliny, meraný na vstupe čerpadla. Hodnoty NPSH musia byť vysoké, aby sa zabránilo odparovaniu tekutiny v pumpe.

NPSHa je skutočná hodnota NPSH za prevádzkových podmienok čerpadla. Požadovaná čistá pozitívna sacia výška (NPSHr) je minimálna hodnota NPSH špecifikovaná výrobcom čerpadla, aby sa predišlo kavitácii. NPSHa je funkciou sacieho potrubia, inštalácie a prevádzkových detailov čerpadla. NPSHr je funkciou konštrukcie čerpadla a jeho hodnota je určená testovaním čerpadla. NPSHr predstavuje dostupnú výšku v testovacích podmienkach a zvyčajne sa meria ako 3% pokles hlavy čerpadla (alebo hlavy obežného kolesa prvého stupňa pre viacstupňové čerpadlá) na detekciu kavitácie. NPSHa by mala byť vždy väčšia ako NPSHr, aby sa predišlo kavitácii.

Stratégie na zníženie kavitácie – Zvýšte NPSHa, aby ste predišli kavitácii

Zabezpečenie toho, že NPSHa je väčšie ako NPSHr, je rozhodujúce pre zabránenie kavitácii. Dá sa to dosiahnuť:

1. Zníženie výšky čerpadla s deleným plášťom vzhľadom na saciu nádrž/žumpu. Hladinu kvapaliny v sacej nádrži/nádrži je možné zvýšiť alebo čerpadlo namontovať nižšie. Tým sa zvýši NPSHa na vstupe čerpadla.

2. Zväčšite priemer sacieho potrubia. Tým sa zníži rýchlosť tekutiny pri konštantnom prietoku, čím sa znížia straty na sacej výške v potrubí a armatúrach.

2. Znížte tlakové straty v armatúrach. Znížte počet spojov v sacom potrubí čerpadla. Použite armatúry, ako sú kolená s dlhým polomerom, ventily s plným otvorom a kužeľové redukcie, ktoré pomôžu znížiť straty na sacej výške v dôsledku armatúr.

3. Vždy, keď je to možné, neinštalujte sitá a filtre na sacom potrubí čerpadla, pretože často spôsobujú kavitáciu v odstredivých čerpadlách. Ak sa tomu nedá vyhnúť, zabezpečte, aby sitá a filtre na sacom potrubí čerpadla boli pravidelne kontrolované a čistené.

5. Ochlaďte čerpanú kvapalinu, aby ste znížili tlak jej pár.

Pochopte maržu NPSH, aby ste zabránili kavitácii

NPSH marža je rozdiel medzi NPSHa a NPSHr. Väčšia rezerva NPSH znižuje riziko kavitácie, pretože poskytuje bezpečnostný faktor, ktorý zabraňuje poklesu NPSHa pod normálnu prevádzkovú úroveň v dôsledku kolísania prevádzkových podmienok. Medzi faktory, ktoré ovplyvňujú rezervu NPSH, patria charakteristiky tekutiny, rýchlosť čerpadla a podmienky nasávania.

Udržiavanie minimálneho prietoku čerpadla

Pre zníženie kavitácie je rozhodujúce zabezpečiť, aby odstredivé čerpadlo pracovalo nad špecifikovaným minimálnym prietokom. Prevádzka čerpadla s deleným puzdrom pod jeho optimálnym rozsahom prietoku (prípustná prevádzková oblasť) zvyšuje pravdepodobnosť vytvorenia nízkotlakovej oblasti, ktorá môže vyvolať kavitáciu.

Úvahy o konštrukcii obežného kolesa na zníženie kavitácie

Konštrukcia obežného kolesa hrá dôležitú úlohu v tom, či je odstredivé čerpadlo náchylné na kavitáciu. Väčšie obežné kolesá s menším počtom lopatiek majú tendenciu poskytovať menšie zrýchlenie tekutiny, čo znižuje riziko kavitácie. Okrem toho obežné kolesá s väčšími priemermi na vstupe alebo kužeľovými lopatkami pomáhajú plynulejšie riadiť tok tekutiny, čím sa minimalizujú turbulencie a tvorba bublín. Použitie materiálov, ktoré odolávajú kavitačnému poškodeniu, môže predĺžiť životnosť obežného kolesa a čerpadla.

Používanie antikavitačných zariadení

Antikavitačné zariadenia, ako sú príslušenstvo na úpravu prietoku alebo vložky na potlačenie kavitácie, sú účinné pri zmierňovaní kavitácie. Tieto zariadenia fungujú tak, že riadia dynamiku tekutiny okolo obežného kolesa, poskytujú stabilnejší prietok a znižujú turbulencie a nízkotlakové oblasti, ktoré spôsobujú kavitáciu.

Význam správneho dimenzovania čerpadla pri prevencii kavitácie

Výber správneho typu čerpadla a špecifikácia správnej veľkosti pre konkrétnu aplikáciu je rozhodujúca pre prevenciu kavitácie. Predimenzované čerpadlo nemusí fungovať tak efektívne pri nižších prietokoch, čo vedie k zvýšenému riziku kavitácie, zatiaľ čo poddimenzované čerpadlo môže musieť pracovať viac, aby splnilo požiadavky na prietok, čo tiež zvyšuje pravdepodobnosť kavitácie. Správny výber čerpadla zahŕňa podrobnú analýzu požiadaviek na maximálny, normálny a minimálny prietok, charakteristiky kvapaliny a usporiadanie systému, aby sa zabezpečilo, že čerpadlo bude pracovať v špecifikovanom prevádzkovom rozsahu. Presné dimenzovanie zabraňuje kavitácii a zvyšuje účinnosť a spoľahlivosť čerpadla počas celého životného cyklu.