Кавітація є шкідливим станом, який часто виникає в установках відцентрових насосів. Кавітація може знизити ефективність насоса, викликати вібрацію та шум, а також призвести до серйозного пошкодження робочого колеса насоса, корпусу насоса, вала та інших внутрішніх частин. Кавітація виникає, коли тиск рідини в насосі падає нижче тиску випаровування, що призводить до утворення бульбашок пари в зоні низького тиску. Ці бульбашки пари згортаються або різко «вибухають», коли потрапляють у зону високого тиску. Це може спричинити механічні пошкодження всередині насоса, створити слабкі місця, схильні до ерозії та корозії, і погіршити роботу насоса.

Розуміння та впровадження стратегій пом’якшення кавітації має вирішальне значення для підтримки робочої цілісності та терміну служби насоси з роздільним корпусом .

Види кавітації в насосах

Щоб зменшити або запобігти кавітації в насосі, важливо розуміти різні типи кавітації, які можуть виникати. Ці типи включають:

1.Вапоризаційна кавітація. Також відома як «класична кавітація» або «кавітація з наявною чистою позитивною висотою всмоктування (NPSHa)», це найпоширеніший тип кавітації. Роздільний корпус насоси збільшують швидкість рідини, коли вона проходить через всмоктувальний отвір робочого колеса. Збільшення швидкості еквівалентно зменшенню тиску рідини. Зменшення тиску може призвести до кипіння (випаровування) частини рідини та утворення бульбашок пари, які різко згорнуться та створять крихітні ударні хвилі, коли досягнуть області високого тиску.

2. Турбулентна кавітація. Такі компоненти, як коліна, клапани, фільтри тощо в системі трубопроводів можуть не відповідати кількості або характеру рідини, що перекачується, що може спричинити завихрення, турбулентність і різницю тиску в рідині. Коли ці явища відбуваються на вході насоса, вони можуть безпосередньо роз’їсти внутрішню частину насоса або спричинити випаровування рідини.

3. Кавітація синдрому леза. Цей тип кавітації, також відомий як «синдром проходження леза», виникає, коли діаметр робочого колеса занадто великий або внутрішнє покриття корпусу насоса занадто товсте/внутрішній діаметр корпусу насоса занадто малий. Будь-яка або обидві ці умови зменшать простір (зазор) усередині корпусу насоса до рівня нижче допустимого. Зменшення зазору в корпусі насоса призводить до збільшення швидкості потоку рідини, що призводить до зниження тиску. Зниження тиску може призвести до випаровування рідини, утворюючи кавітаційні бульбашки.

4. Внутрішня кавітація рециркуляції. Коли центральний розділений насос не в змозі викачувати рідину з необхідною швидкістю потоку, це призводить до того, що частина або вся рідина рециркулює навколо робочого колеса. Рециркулююча рідина проходить через зони низького та високого тиску, що генерує тепло, високу швидкість і формує бульбашки випаровування. Поширеною причиною внутрішньої рециркуляції є робота насоса із закритим випускним клапаном насоса (або при низькій швидкості потоку).

5. Повітровтягувальна кавітація. Повітря може потрапити в насос через несправний клапан або ослаблене кріплення. Потрапивши всередину насоса, повітря рухається разом з рідиною. Рух рідини та повітря може утворювати бульбашки, які «вибухають» під дією підвищеного тиску робочого колеса насоса.

Фактори, що сприяють кавітації - NPSH, NPSHa і NPSHr

NPSH є ключовим фактором запобігання кавітації в насосах з роздільним корпусом. NPSH - це різниця між фактичним тиском всмоктування та тиском пари рідини, виміряним на вході в насос. Значення NPSH мають бути високими, щоб запобігти випаровуванню рідини всередині насоса.

NPSHa — фактичний NPSH за умов експлуатації насоса. Потрібна чиста позитивна висота всмоктування (NPSHr) — це мінімальний NPSH, указаний виробником насоса, щоб уникнути кавітації. NPSHa є функцією всмоктуючого трубопроводу, монтажу та робочих деталей насоса. NPSHr є функцією конструкції насоса, і його значення визначається випробуванням насоса. NPSHr представляє доступний напір за умов випробувань і зазвичай вимірюється як 3% падіння напору насоса (або напору робочого колеса першого ступеня для багатоступеневих насосів) для виявлення кавітації. NPSHa завжди повинен бути більшим за NPSHr, щоб уникнути кавітації.

Стратегії зменшення кавітації - Збільште NPSHa, щоб запобігти кавітації

Забезпечення того, щоб NPSHa перевищував NPSHr, має вирішальне значення для уникнення кавітації. Цього можна досягти:

1. Зменшення висоти насоса з розділеним корпусом відносно всмоктувального резервуару/відстійника. Рівень рідини у всмоктувальному резервуарі/відстійнику можна збільшити або насос можна встановити нижче. Це збільшить NPSHa на вході насоса.

2. Збільште діаметр всмоктувального трубопроводу. Це зменшить швидкість рідини при постійній швидкості потоку, тим самим зменшуючи втрати висоти всмоктування в трубопроводах і фітингах.

2. Зменшити втрати напору у фітингах. Зменшіть кількість з’єднань у всмоктувальній лінії насоса. Використовуйте такі фітинги, як коліна з довгим радіусом, повнопрохідні клапани та конічні редуктори, щоб зменшити втрати напору всмоктування через фітинги.

3. По можливості уникайте встановлення сіток і фільтрів на лінії всмоктування насоса, оскільки вони часто спричиняють кавітацію у відцентрових насосах. Якщо цього уникнути неможливо, переконайтеся, що сітки та фільтри на лінії всмоктування насоса регулярно перевіряються та очищаються.

5. Охолодіть перекачувану рідину, щоб зменшити тиск її пари.

Зрозумійте маржу NPSH для запобігання кавітації

Маржа NPSH – це різниця між NPSHa та NPSHr. Більший запас NPSH зменшує ризик кавітації, оскільки забезпечує коефіцієнт безпеки, щоб запобігти падінню NPSHa нижче нормальних робочих рівнів через коливання робочих умов. Фактори, які впливають на запас NPSH, включають характеристики рідини, швидкість насоса та умови всмоктування.

Підтримка мінімального потоку насоса

Забезпечення того, щоб відцентровий насос працював вище вказаного мінімального потоку, має вирішальне значення для зменшення кавітації. Експлуатація насоса з роздільним корпусом нижче його оптимального діапазону потоку (допустима робоча зона) збільшує ймовірність створення області низького тиску, яка може викликати кавітацію.

Конструкція робочого колеса для зменшення кавітації

Конструкція робочого колеса відіграє важливу роль у тому, чи схильний відцентровий насос до кавітації. Більші робочі колеса з меншою кількістю лопатей, як правило, забезпечують менше прискорення рідини, що зменшує ризик кавітації. Крім того, робочі колеса з більшим діаметром входу або конічними лопатями допомагають більш плавно керувати потоком рідини, мінімізуючи турбулентність і утворення бульбашок. Використання матеріалів, стійких до кавітаційного пошкодження, може подовжити термін служби робочого колеса та насоса.

Використання антикавітаційних пристроїв

Антикавітаційні пристрої, такі як аксесуари для кондиціонування потоку або вкладиші для придушення кавітації, ефективні для пом’якшення кавітації. Ці пристрої працюють, контролюючи динаміку рідини навколо робочого колеса, забезпечуючи стабільніший потік і зменшуючи турбулентність і зони низького тиску, які викликають кавітацію.

Важливість правильного підбору розміру насоса для запобігання кавітації

Вибір правильного типу насоса та визначення правильного розміру для конкретного застосування має вирішальне значення для запобігання кавітації. Насос великого розміру може працювати не так ефективно при низьких витратах, що призводить до підвищеного ризику кавітації, тоді як насосу меншого розміру, можливо, доведеться працювати більше, щоб відповідати вимогам щодо потоку, що також збільшує ймовірність кавітації. Правильний вибір насоса передбачає детальний аналіз вимог до максимального, нормального та мінімального потоку, характеристик рідини та компонування системи, щоб переконатися, що насос працює в заданому робочому діапазоні. Точний розмір запобігає кавітації та підвищує ефективність і надійність насоса протягом усього його життєвого циклу.