Aktualności
Strona główna>Aktualności>Treści
Strona główna>Aktualności>Treści
Kawitacja jest częstym problemem podczas pracy pomp odśrodkowych, który może powodować wzrost wibracji i hałasu pompy, spadek wydajności i poważne uszkodzenie podzespołów.
W artykule tym nie analizowano profesjonalnej wiedzy teoretycznej na temat kawitacji, a jedynie podjęto próbę użycia stosunkowo prostego języka w celu szczegółowego wprowadzenia do kilku powszechnych typów kawitacji w pompach odśrodkowych, zagrożeń związanych z kawitacją oraz powszechnie stosowanych środków mających na celu poprawę kawitacji na miejscu.
1. Rodzaje kawitacji
Ze względu na miejsce występowania kawitację można podzielić na kawitację łopatkową, kawitację szczelinową, kawitację zgrubną, kawitację wnękową i kawitację z przepływem zwrotnym.
(1) Kawitacja dolistna
Kiedy występuje kawitacja, tworzenie się i pękanie pęcherzyków występuje głównie z przodu i z tyłu łopatek, co jest również znane jako kawitacja płata, która jest główną formą kawitacji w pompach odśrodkowych. Jeśli pompa jest zainstalowana zbyt wysoko, nawet jeśli pracuje zgodnie z warunkami projektowymi, z tyłu wlotu i wylotu łopatki może pojawić się obszar niskiego-ciśnienia:
1) Gdy pompa pracuje w warunkach dużego przepływu, na przedniej krawędzi łopatek powstają separacje przepływu i wiry, tworząc podciśnienie, które może powodować kawitację z przodu łopatek.
2) Gdy pompa pracuje przy niskim przepływie, w tylnej części łopatek powstają wiry, tworząc-strefę niskiego ciśnienia i powodując kawitację w tylnej części łopatek.
(2) Kawitacja szczelinowa
Odnosi się do kawitacji powstałej, gdy ciecz przepływa przez wąski kanał lub szczelinę, powodując lokalny wzrost prędkości przepływu i spadek ciśnienia do ciśnienia parowania składników przepływu.
W szczelinie pomiędzy odpornym na zużycie pierścieniem-obudowy pompy odśrodkowej a zewnętrzną krawędzią (pokrywą) wirnika, pod wpływem różnicy ciśnień (szczególnie dużej różnicy ciśnień) po obu stronach wlotu i wylotu wirnika, ciecz po stronie wylotu cofa się z dużą prędkością, powodując lokalny spadek ciśnienia i kawitację
W małej szczelinie pomiędzy zewnętrzną krawędzią łopatek pompy o przepływie osiowym a obudową pompy, pod wpływem różnicy ciśnień pomiędzy przednią i tylną częścią łopatek, duża prędkość przepływu wstecznego cieczy w szczelinie może również powodować lokalny spadek ciśnienia, powodując kawitację na odpowiedniej zewnętrznej krawędzi łopatek w obudowie pompy oraz tworząc strefę kawitacji o strukturze plastra miodu i szorstką powierzchnię na zewnętrznej krawędzi wirnika i łopatek.
(3) Szorstka kawitacja
Kawitacja zgrubna odnosi się do wytwarzania wirów za występami, gdy ciecz przepływa przez nierówną powierzchnię elementów przepływu nierównego wewnątrz obudowy pompy, powodując lokalny spadek ciśnienia i prowadząc do kawitacji.
Podczas odlewania i obróbki elementów przepływu pompy nierówności powierzchni, otwory piaskowe, otwory powietrzne itp. mogą powodować nagłe zmiany lokalnego stanu przepływu i skutkować kawitacją.
(4) Kawitacja wnękowa
Kawitacja we wnęce oznacza powstawanie spiralnego pasma wirowego w komorze ssawnej na wlocie pompy na skutek złych warunków na wlocie wody lub niewystarczającej głębokości zanurzenia. Gdy ciśnienie centralne pasa wirowego spadnie do ciśnienia parowania, nastąpi również kawitacja, której towarzyszą silne wibracje.
(5) Kawitacja refluksowa
Ogólnie rzecz biorąc, warunkiem kawitacji jest NPSHa
Gdy natężenie przepływu pompowanego jest zbyt niskie lub ciśnienie wlotowe jest zbyt wysokie, następuje przepływ wsteczny. Gdy natężenie przepływu pompowania jest zbyt niskie, na wlocie wirnika pojawia się wewnętrzny zwrot; Gdy ciśnienie wlotowe pompy jest zbyt wysokie, na wylocie wirnika pojawia się wewnętrzny zwrot cieczy. Wewnętrzny refluks powoduje wzrost natężenia przepływu cieczy, aż do momentu, gdy parowanie wytworzy pęcherzyki, które następnie pękają pod wyższym ciśnieniem otoczenia. Gdy w porcie ssawnym wystąpi wewnętrzny przepływ wsteczny, wokół otworu ssącego pompy będzie emitowany nieregularny trzask, któremu będzie towarzyszył dźwięk detonacji o-intensywności.
Kawitację refluksową można ogólnie poprawić za pomocą następujących metod:
1) Zwiększyć wyjściowe natężenie przepływu pompy.
2) Zainstalować obejście pomiędzy wlotem i wylotem pompy (ta metoda jest trudna do zaakceptowania przez klientów w praktycznych zastosowaniach).
3) Zoptymalizuj konstrukcję wirnika (zmniejsz powierzchnię wlotową wirnika).
2. Zagrożenia kawitacyjne
(1) Pogorszenie wydajności, uszkodzenie rurociągu
Kawitacja może znacząco obniżyć wydajność pompy. Zwykle w przypadku pomp odśrodkowych, gdy ciśnienie wlotowe spada do pewnego stopnia, ich wydajność gwałtownie spada, co jest również znane jako pękanie kawitacyjne. Kawitacja może również powodować niestabilność wewnątrz płynu, co może prowadzić do oscylacji przepływu i ciśnienia. Za pomocą tych oscylacji może dojść do uszkodzenia pompy oraz jej rurociągów wlotowego i wylotowego.
(2) Poważne uszkodzenie elementów nadprądowych pompy
Kawitacja może spowodować uszkodzenie powierzchni elementów. Kiedy pęcherzyki pękają, otaczająca ciecz wytwarza niezwykle wysokie ciśnienie udarowe (ciśnienie szczytowe) dochodzące do 49 MPa. Kiedy siła hydrauliczna kawitacji przekracza zdolność materiału do przeciwstawienia się temu uderzeniu, może to prowadzić do lokalnego zniszczenia zmęczeniowego materiału ściany i oderwania się materiału powierzchniowego. Kawitacja występuje jednocześnie z korozją chemiczną i elektrochemiczną. Rozmiar wżerów powstałych w wyniku korozji i odkształcenia plastycznego materiałów we wczesnym stadium kawitacji wynosi około 10 μm do 50 μm, szczególnie w przypadku niektórych materiałów o słabej odporności na korozję, które w przypadku długotrwałej-kawitacji mogą wykazywać strukturę przypominającą plaster miodu.
(3) Generuj wibracje i hałas
W momencie, gdy pęcherzyk skrapla się, kurczy i pęka, ciecz wokół pęcherzyka z dużą prędkością wypełnia pustkę (utworzoną w wyniku kondensacji i pęknięcia pęcherzyka), generując pulsacje ciśnienia, a tym samym ekscytujące wibracje i hałas. Częstotliwość hałasu kawitacyjnego wynosi zazwyczaj od 10 kHz do 100 kHz, natomiast częstotliwość hałasu kawitacyjnego spowodowanego refluksem i pulsacją ciśnienia wynosi około kilkuset Hz, co czyni ucho ludzkie szczególnie wrażliwym. Jednocześnie kawitacja może również stymulować wibracje, a główna częstotliwość wibracji generowanych przez kawitację wynosi zazwyczaj około 1 kHz.
Kawitację charakteryzuje nie tylko wysoki poziom hałasu, ale także objawy drgań, takie jak niewystarczająca sztywność podstawy pompy i słabe podparcie rurociągu, co może powodować rezonans konstrukcyjny; Po zamontowaniu pompy podstawę zalewa się betonem, a sztywność podparcia rurociągu jest wystarczająca, co z reguły nie powoduje silnych zjawisk wibracyjnych. Jednakże pomiar wibracji na korpusie pompy wykazał, że składowa-o wysokiej częstotliwości wibracji generowanej przez kawitację jest dominująca, a wartość przyspieszenia wibracji jest wyższa niż przemieszczenie wibracji i prędkość wibracji.
3. Wspólne środki mające na celu poprawę wydajności kawitacji
(1) Środki mające na celu poprawę właściwości antykawitacyjnych samych pomp odśrodkowych
1) Popraw konstrukcję króćca ssącego pompy
Szlifując wirnik, można zwiększyć obszar przepływu;
Zwiększ promień krzywizny sekcji wlotowej pokrywy wirnika, aby zmniejszyć gwałtowne przyspieszenie i spadek ciśnienia przepływu cieczy;
Odpowiednio zmniejszyć grubość wlotu ostrza i zaokrąglić wlot ostrza (wypolerować główkę ostrza, naostrzyć, aby zmniejszyć straty udarowe wlotu i zmniejszyć czułość kąta wlotu, a niezbędny naddatek kawitacyjny można zmniejszyć o około 0,5 metra), nadając mu kształt zbliżony do opływowego, a także zmniejszając przyspieszenie i spadek ciśnienia wokół głowicy ostrza;
Popraw gładkość powierzchni wirnika i wlotu łopatki, aby zmniejszyć utratę rezystancji;
Wysuń krawędź wlotową łopatki w kierunku wlotu wirnika, aby umożliwić przepływowi cieczy wcześniejsze przyjęcie pracy i zwiększenie ciśnienia.
2) Dodaj przednie koło indukcyjne
Spraw, aby przepływ cieczy zadziałał z wyprzedzeniem w przednim kole dolotowym, aby zwiększyć ciśnienie przepływu cieczy (ten schemat wymaga zmian konstrukcyjnych i ponownej kalibracji różnych parametrów projektowych).
3) Przyjęcie wirnika z podwójnym ssaniem
Zwiększyć powierzchnię wlotową wirnika i zmniejszyć natężenie przepływu cieczy na wlocie (zmniejszenie natężenia przepływu i wzrost ciśnienia).
4) Używanie nieco większego dodatniego kąta natarcia
Aby zwiększyć kąt wlotu ostrza, zmniejsz ugięcie na wlocie ostrza, zminimalizuj blokowanie ostrza, a tym samym zwiększ obszar wlotu;
Popraw warunki pracy w warunkach dużego przepływu, aby zmniejszyć straty przepływu. Ale dodatni kąt natarcia nie powinien być zbyt duży, w przeciwnym razie wpłynie to na wydajność.
5) Używanie pompy-o niskiej prędkości
Im niższa prędkość obrotowa, tym mniejsze NPSHr.
6) Stosowanie materiałów antykawitacyjnych
Praktyka pokazuje, że im wyższa wytrzymałość, twardość i udarność materiału, tym lepsza jest jego stabilność chemiczna i większa odporność na kawitację.
(2) Środki zwiększające naddatek kawitacyjny urządzenia
1) Zwiększ ciśnienie poziomu cieczy w zbiorniku przed pompą, aby poprawić efektywny naddatek kawitacyjny.
2) Zmniejszyć wysokość montażu pompy w urządzeniu ssącym, szczególnie w przypadku tłoczenia gorącej wody jako medium i uwzględnić zależność pomiędzy wysokością ssania a temperaturą medium.
3) Wymień urządzenie ssące na urządzenie z przepływem zwrotnym.
4) Zmniejszyć straty przepływu w rurociągu ssawnym przed pompą. Jeśli to możliwe, należy skrócić rurociąg w wymaganym zakresie, zastosować odpowiednią średnicę rurociągu ssącego i powierzchnię filtracji filtra (jeśli występuje), aby zmniejszyć natężenie przepływu w rurociągu, zmniejszyć liczbę kolan i zaworów oraz maksymalnie zwiększyć otwarcie zaworu.
5) Jeżeli kawitacja w szczelinie jest znaczna, można zastosować metodę wiercenia otworów wyrównawczych na wirniku, aby zmniejszyć natężenie przepływu wyciekowego i złagodzić stopień kawitacji. Otwory równoważące na łopatkach działają destrukcyjnie i zakłócająco na przepływ wtryskiwanej cieczy na wlocie wirnika. Powierzchnia otworów równoważących nie powinna być mniejsza niż 5-krotność powierzchni luzu pierścienia uszczelniającego, aby zmniejszyć natężenie przepływu wycieku, zmniejszając w ten sposób wpływ na główny przepływ cieczy i poprawiając zdolność pompy do zapobiegania kawitacji.
6) Doświadczenie pokazuje, że począwszy od mechanizmu kawitacji, uzupełnienie odpowiedniej ilości gazu do króćca ssącego może zakłócić warunki wystąpienia kawitacji. Jednakże uzupełnianie powietrza w celu zapobiegania kawitacji pompy jest procesem wysoce technicznym i tylko przy odpowiedniej objętości, lokalizacji i metodzie uzupełniania powietrza można osiągnąć dobre wyniki. W przeciwnym razie spowoduje to znaczny spadek wydajności, wysokości podnoszenia i wydajności pompy, a nawet doprowadzi do przerwania przepływu i niekorzystnych konsekwencji w trakcie pracy.
Biorąc pod uwagę trudność w kontrolowaniu odpowiedniej ilości nawiewanego powietrza i dokładny pomiar, w połączeniu z praktyką autora, zaleca się stosowanie zaworu iglicowego, który ma możliwość regulacji natężenia przepływu dla zaworu nawiewnego. Podczas-regulacji na miejscu hałas kawitacyjny można wykorzystać do rozróżnienia: wyregulować objętość wlotową przez zawór iglicowy, aż hałas kawitacyjny zostanie zminimalizowany (niektóre systemy mogą całkowicie wyeliminować hałas kawitacyjny, ale niektóre systemy mogą jedynie zmniejszyć hałas kawitacyjny, a nie całkowicie go wyeliminować), następnie wyregulować nieco zawór iglicowy, aby zmniejszyć objętość wlotową, obserwować działanie przez pewien czas, aż w różnych określonych warunkach pracy nie wystąpią żadne nieprawidłowości, a następnie zablokować otwarcie zaworu iglicowego. Ta metoda nigdy nie powinna obniżać dźwięku do najniższego poziomu! Jeżeli ciśnienie wlotowe jest dodatnie, gdy pompa przestaje działać, należy zainstalować zawór zwrotny, aby zapobiec wyciekom.
7) Badania wykazały, że gdy medium zawiera lotne gazy i cząstki stałe, takie jak piasek, wydajność kawitacyjna pompy spadnie. Aby zapobiec kawitacji w pompie, należy zmniejszyć wysokość ssania pompy o co najmniej 4,2 m od obliczonej wysokości czystej wody. Warto na to zwrócić uwagę w branży komunalnej.