Kavitacija je škodljivo stanje, ki se pogosto pojavi v centrifugalnih črpalnih enotah. Kavitacija lahko zmanjša učinkovitost črpalke, povzroči vibracije in hrup ter povzroči resne poškodbe rotorja črpalke, ohišja črpalke, gredi in drugih notranjih delov. Kavitacija se pojavi, ko tlak tekočine v črpalki pade pod tlak uparjanja, kar povzroči nastanek parnih mehurčkov v območju nizkega tlaka. Ti parni mehurčki se sesedejo ali močno "implodirajo", ko vstopijo v območje visokega tlaka. To lahko povzroči mehanske poškodbe v notranjosti črpalke, ustvari šibke točke, ki so dovzetne za erozijo in korozijo, ter poslabša delovanje črpalke.

Razumevanje in izvajanje strategij za ublažitev kavitacije je ključnega pomena za ohranjanje operativne celovitosti in življenjske dobe črpalke z deljenim ohišjem .

Vrste kavitacije v črpalkah

Da bi zmanjšali ali preprečili kavitacijo v črpalki, je pomembno razumeti različne vrste kavitacije, ki se lahko pojavijo. Te vrste vključujejo:

1. Vaporizacijska kavitacija. Znana tudi kot "klasična kavitacija" ali "kavitacija z razpoložljivo neto pozitivno sesalno višino (NPSHa)", je to najpogostejša vrsta kavitacije. Razcepljeno ohišje črpalke povečajo hitrost tekočine, ko ta prehaja skozi sesalno luknjo rotorja. Povečanje hitrosti je enakovredno zmanjšanju tlaka tekočine. Zmanjšanje tlaka lahko povzroči, da del tekočine zavre (izhlapi) in tvori parne mehurčke, ki se bodo močno sesedli in povzročili majhne udarne valove, ko bodo dosegli območje visokega tlaka.

2. Turbulentna kavitacija. Komponente, kot so kolena, ventili, filtri itd. v cevovodnem sistemu morda niso primerne za količino ali naravo črpane tekočine, kar lahko povzroči vrtinčenje, turbulenco in razlike v tlaku v tekočini. Ko se ti pojavi pojavijo na vstopu v črpalko, lahko neposredno poškodujejo notranjost črpalke ali povzročijo izhlapevanje tekočine.

3. Blade sindrom kavitacije. Ta vrsta kavitacije, znana tudi kot "sindrom prehoda rezila", se pojavi, ko je premer rotorja prevelik ali je notranji premaz ohišja črpalke predebel/notranji premer ohišja črpalke premajhen. Eden od teh pogojev ali oba bosta zmanjšala prostor (prostost) v ohišju črpalke pod sprejemljivo raven. Zmanjšanje zračnosti v ohišju črpalke povzroči povečanje pretoka tekočine, kar povzroči zmanjšanje tlaka. Zmanjšanje tlaka lahko povzroči izhlapevanje tekočine in ustvarjanje kavitacijskih mehurčkov.

4. Notranja recirkulacijska kavitacija. Ko sredinsko razdeljena črpalka ne more izpustiti tekočine z zahtevanim pretokom, povzroči, da nekaj ali vsa tekočina kroži okoli tekača. Recirkulacijska tekočina prehaja skozi območja nizkega in visokega tlaka, kar ustvarja toploto, visoko hitrost in tvori mehurčke izhlapevanja. Pogost vzrok za notranjo recirkulacijo je delovanje črpalke z zaprtim izstopnim ventilom črpalke (ali pri nizkem pretoku).

5. Kavitacija z vnosom zraka. Zrak lahko pride v črpalko skozi okvarjen ventil ali ohlapno pritrditev. Ko je v črpalki, se zrak premika skupaj s tekočino. Gibanje tekočine in zraka lahko tvori mehurčke, ki "eksplodirajo", ko so izpostavljeni povečanemu tlaku rotorja črpalke.

Dejavniki, ki prispevajo k kavitaciji - NPSH, NPSHa in NPSHr

NPSH je ključni dejavnik pri preprečevanju kavitacije v črpalkah z deljenim ohišjem. NPSH je razlika med dejanskim sesalnim tlakom in parnim tlakom tekočine, izmerjenim na vstopu v črpalko. Vrednosti NPSH morajo biti visoke, da preprečite izhlapevanje tekočine v črpalki.

NPSHa je dejanski NPSH v pogojih delovanja črpalke. Zahtevana neto pozitivna sesalna višina (NPSHr) je najmanjši NPSH, ki ga določi proizvajalec črpalke, da se prepreči kavitacija. NPSHa je funkcija sesalnih cevi, podrobnosti namestitve in delovanja črpalke. NPSHr je funkcija zasnove črpalke in njegova vrednost je določena s testiranjem črpalke. NPSHr predstavlja razpoložljivo višino v preskusnih pogojih in se običajno meri kot 3-odstotni padec višine črpalke (ali glave rotorja prve stopnje za večstopenjske črpalke) za zaznavanje kavitacije. NPSHa mora biti vedno večji od NPSHr, da preprečite kavitacijo.

Strategije za zmanjšanje kavitacije - Povečajte NPSHa, da preprečite kavitacijo

Zagotavljanje, da je NPSHa večji od NPSHr, je ključnega pomena za preprečevanje kavitacije. To je mogoče doseči z:

1. Znižanje višine črpalke z deljenim ohišjem glede na sesalni rezervoar/jater. Nivo tekočine v sesalnem rezervoarju/jatru lahko povečate ali pa črpalko namestite nižje. To bo povečalo NPSHa na vstopu v črpalko.

2. Povečajte premer sesalne cevi. To bo zmanjšalo hitrost tekočine pri stalnem pretoku in s tem zmanjšalo izgube sesalne višine v cevovodih in fitingih.

2. Zmanjšajte izgube glave v fitingih. Zmanjšajte število spojev v sesalnem vodu črpalke. Uporabite priključke, kot so kolena z dolgim ​​polmerom, ventili s polno izvrtino in konični reduktorji, da zmanjšate izgube sesalne višine zaradi priključkov.

3. Kadar koli je to mogoče, se izogibajte nameščanju zaslonov in filtrov na sesalni vod črpalke, saj pogosto povzročajo kavitacijo v centrifugalnih črpalkah. Če se temu ne morete izogniti, zagotovite, da se mrežice in filtri na sesalnem vodu črpalke redno pregledujejo in čistijo.

5. Ohladite črpano tekočino, da zmanjšate njen parni tlak.

Razumeti mejo NPSH za preprečevanje kavitacije

Marža NPSH je razlika med NPSHa in NPSHr. Večja meja NPSH zmanjša tveganje kavitacije, ker zagotavlja varnostni faktor, ki preprečuje, da bi NPSHa padel pod običajne delovne ravni zaradi nihanja delovnih pogojev. Dejavniki, ki vplivajo na mejo NPSH, vključujejo značilnosti tekočine, hitrost črpalke in pogoje sesanja.

Vzdrževanje minimalnega pretoka črpalke

Zagotavljanje, da centrifugalna črpalka deluje nad določenim minimalnim pretokom, je ključnega pomena za zmanjšanje kavitacije. Delovanje črpalke z ločenim ohišjem pod optimalnim območjem pretoka (dovoljeno delovno območje) poveča verjetnost ustvarjanja nizkotlačnega območja, ki lahko povzroči kavitacijo.

Zasnova rotorja za zmanjšanje kavitacije

Zasnova tekača igra pomembno vlogo pri tem, ali je centrifugalna črpalka nagnjena k kavitaciji. Večji tekači z manj lopaticami običajno zagotavljajo manj pospeška tekočine, kar zmanjša tveganje kavitacije. Poleg tega tekači z večjim vstopnim premerom ali stožčastimi lopaticami pomagajo bolj gladko upravljati pretok tekočine, kar zmanjšuje turbulenco in nastajanje mehurčkov. Uporaba materialov, ki so odporni na poškodbe zaradi kavitacije, lahko podaljša življenjsko dobo rotorja in črpalke.

Uporaba antikavitacijskih naprav

Naprave proti kavitaciji, kot so dodatki za kondicioniranje pretoka ali obloge za preprečevanje kavitacije, so učinkovite pri blaženju kavitacije. Te naprave delujejo tako, da nadzorujejo dinamiko tekočine okoli propelerja, zagotavljajo enakomernejši pretok in zmanjšujejo turbulenco in območja nizkega tlaka, ki povzročajo kavitacijo.

Pomen pravilne velikosti črpalke pri preprečevanju kavitacije

Izbira pravega tipa črpalke in določitev pravilne velikosti za določeno aplikacijo je ključnega pomena za preprečevanje kavitacije. Prevelika črpalka morda ne bo delovala tako učinkovito pri nižjih pretokih, kar ima za posledico povečano tveganje kavitacije, premajhna črpalka pa bo morda morala delati več, da izpolni zahteve glede pretoka, kar prav tako poveča verjetnost kavitacije. Pravilna izbira črpalke vključuje podrobno analizo zahtev glede maksimalnega, normalnega in najmanjšega pretoka, značilnosti tekočine in postavitve sistema, da se zagotovi delovanje črpalke v določenem območju delovanja. Natančno dimenzioniranje preprečuje kavitacijo in povečuje učinkovitost in zanesljivost črpalke skozi njen življenjski cikel.