Što je kavitacija? Kako poboljšati mjere protiv kavitacije?

 

• Što je kavitacija?

Kavitacija je štetno stanje koje se često javlja u centrifugalnim pumpnim jedinicama. Kavitacija može smanjiti učinkovitost crpke, uzrokovati vibracije i buku te dovesti do ozbiljnih oštećenja rotora pumpe, kućišta pumpe, osovine i drugih unutarnjih dijelova. Kavitacija nastaje kada tlak tekućine u pumpi padne ispod tlaka isparavanja, uzrokujući stvaranje mjehurića pare u područjima niskog tlaka. Ovi mjehurići pare mogu se nasilno urušiti ili "implodirati" kada uđu u područje visokog tlaka. To može prouzročiti mehanička oštećenja unutar crpke, stvoriti slabe točke koje su podložne eroziji i koroziji te smanjiti rad crpke.

 

Razumijevanje i provedba strategija za ublažavanje kavitacije ključni su za održavanje operativnog integriteta i životnog vijeka centrifugalnih pumpi.

 

• Vrste kavitacije u centrifugalnim pumpama

 

1. Vaporizacijska kavitacija.Također poznata kao "klasična kavitacija" ili "neto pozitivna usisna visina (NPSHa) kavitacija", ovo je najčešći tip kavitacije. Centrifugalne pumpe povećavaju brzinu tekućine dok ona prolazi kroz usisni otvor rotora. Povećanje brzine jednako je smanjenju tlaka tekućine. Smanjenje tlaka može uzrokovati ključanje (isparavanje) dijela tekućine i stvaranje mjehurića pare, koji se snažno skupljaju i proizvode sićušne udarne valove kada dosegnu područje visokog tlaka.

 

2. Turbulentna kavitacija.Komponente kao što su koljena, ventili i filtri u sustavu cjevovoda možda nisu prikladni za količinu ili prirodu pumpane tekućine, što može stvoriti vrtloge, turbulencije i razlike u tlaku u cijeloj tekućini. Kada se ovi fenomeni dogode na ulazu pumpe, mogu izravno oštetiti unutrašnjost pumpe ili uzrokovati isparavanje tekućine.

 

3. Blade sindrom kavitacija.Također poznat kao "sindrom prolaska oštrice", ova vrsta kavitacije se javlja kada je promjer impelera prevelik ili kada je unutarnji premaz kućišta pumpe predebeo/unutarnji promjer kućišta pumpe je premalen. Jedan ili oba ova uvjeta smanjit će prostor (razmak) unutar kućišta pumpe ispod prihvatljive razine. Smanjenje zazora unutar kućišta pumpe uzrokuje povećanje brzine tekućine, što rezultira smanjenjem tlaka. Pad tlaka može uzrokovati isparavanje tekućine, stvarajući kavitacijske mjehuriće.

 

4. Kavitacija unutarnje recirkulacije.Kada crpka ne može ispuštati tekućinu pri potrebnoj brzini protoka, uzrokuje cirkulaciju dijela ili cijele tekućine oko rotora. Recirkulirana tekućina prolazi kroz područja niskog i visokog tlaka, stvarajući toplinu, veliku brzinu i stvarajući mjehuriće isparavanja. Čest uzrok unutarnje recirkulacije je rad crpke sa zatvorenim izlaznim ventilom crpke (ili pri malom protoku - Pump Salon Napomena 1).

 

5. Kavitacija uvlačenja zraka.Zrak može biti uvučen u pumpu kroz neispravan ventil ili labav spoj. Kad jednom uđe u pumpu, zrak se kreće s tekućinom. Kretanje tekućine i zraka može stvoriti mjehuriće koji "eksplodiraju" kada su izloženi povećanom tlaku impelera pumpe.

 

• Koje su opasnosti od kavitacije?

 

1. Korozija protočnih komponenti:

(1) Zbog visokofrekventnog (600~25000HZ) udara koji nastaje kada mjehurići pucaju, pritisak je čak 49Mpa, što uzrokuje mehaničku eroziju na metalnoj površini.

 

(2) Budući da se toplina oslobađa tijekom isparavanja i dolazi do hidrolize zbog učinka baterije temperaturne razlike, generirani kisik oksidira metal i uzrokuje kemijsku koroziju.

 

2. Opadanje performansi pumpe:

Kada dođe do kavitacije pumpe, izmjena energije u impeleru je poremećena i uništena, a vanjske karakteristike se očituju kao QH krivulja, QP i Qn krivulje opadaju. U teškim slučajevima, protok u pumpi će biti prekinut i ona neće raditi.

 

Za niske specifične brzine, budući da je kanal protoka između lopatica uzak i dugačak, kada dođe do kavitacije, mjehurići ispunjavaju cijeli kanal protoka i krivulja učinka će iznenada pasti.

 

Za srednje i visoke specifične brzine, kanal protoka je kratak i širok, tako da je potreban prijelazni proces za razvoj mjehurića od pojave do punjenja cijelog kanala protoka. Odgovarajuća krivulja učinka počinje polagano padati, a zatim naglo pada kada se poveća do određene brzine protoka.

 

• Mjere za poboljšanje antikavitacije

 

1. Mjere za poboljšanje antikavitacijske učinkovitosti centrifugalne pumpe:

(1) Poboljšajte strukturni dizajn od usisnog otvora pumpe do impelera. Povećajte područje protoka; povećati radijus zakrivljenosti ulaznog dijela poklopca rotora kako bi se smanjilo brzo ubrzanje i pad tlaka protoka tekućine; prikladno smanjiti debljinu ulaza lopatice i zaokružiti ulaz lopatice kako bi bio blizu aerodinamičnog oblika, što također može smanjiti ubrzanje i pad tlaka protoka oko glave lopatice; poboljšati površinsku obradu impelera i ulaza lopatica kako bi se smanjio gubitak otpora; proširite ulazni rub lopatice do ulaza rotora tako da protok tekućine unaprijed dobije rad i poveća tlak.

 

(2) Prednji induktor se koristi kako bi protok tekućine unaprijed radio u prednjem induktoru kako bi se povećao tlak protoka tekućine.

 

(3) Korištenjem rotora s dvostrukim usisom, protok tekućine ulazi u rotor s obje strane rotora u isto vrijeme, tako da se ulazni presjek udvostručuje, a brzina ulaznog protoka može se prepoloviti.

 

(4) Projektirani radni uvjeti usvajaju nešto veći pozitivni napadni kut kako bi se povećao ulazni kut lopatice, smanjilo savijanje na ulazu lopatice, smanjilo začepljenje lopatice i povećalo ulazno područje; poboljšati radne uvjete pod velikim protokom kako bi se smanjio gubitak protoka. Međutim, pozitivni napadni kut ne smije biti prevelik, inače će utjecati na učinkovitost.

 

(5) Koristite materijale otporne na kavitaciju. Praksa pokazuje da što je veća čvrstoća, tvrdoća i žilavost materijala, to je bolja kemijska stabilnost i veća otpornost na kavitaciju.

 

2. Mjere za poboljšanje efektivne granice kavitacije uređaja za unos tekućine:

(1) Povećajte tlak površine tekućine u spremniku tekućine ispred crpke kako biste povećali efektivnu marginu kavitacije.

 

(2) Smanjite visinu postavljanja pumpe usisnog uređaja.

 

(3) Promijenite uređaj za usisavanje prema gore na uređaj za obrnuto navodnjavanje.

 

(4) Smanjite gubitak protoka u cjevovodu prije pumpe, kao što je skraćivanje cjevovoda što je više moguće unutar potrebnog raspona, smanjenje brzine protoka u cjevovodu, smanjenje broja koljena i ventila i povećanje otvora ventila kao koliko god je moguće.

 

(5) Smanjite temperaturu radnog medija na ulazu u pumpu (kada je transportni medij blizu temperature zasićenja).

 

Gore navedene mjere mogu se na odgovarajući način primijeniti nakon sveobuhvatne analize na temelju vrste pumpe, odabira materijala i uvjeta na mjestu korištenja pumpe.