Какво е кавитация? Как да подобрим мерките за предотвратяване на кавитация?

 

• Какво представлява кавитацията?

Кавитацията е вредно състояние, което често възниква в центробежните помпени агрегати. Кавитацията може да намали ефективността на помпата, да причини вибрации и шум и да доведе до сериозни повреди на работното колело на помпата, корпуса на помпата, вала и други вътрешни части. Кавитация възниква, когато налягането на флуида в помпата падне под налягането на изпаряване, което води до образуване на мехурчета от пара в зони с ниско налягане. Тези парни мехурчета могат рязко да се срутят или да „избухнат“, когато навлязат в зоната с високо налягане. Това може да причини механична повреда в помпата, да създаде слаби места, които са податливи на ерозия и корозия, и да влоши работата на помпата.

 

Разбирането и прилагането на стратегии за смекчаване на кавитацията е от решаващо значение за поддържане на оперативната цялост и експлоатационния живот на центробежните помпи.

 

• Видове кавитация в центробежни помпи

 

1. Изпарителна кавитация.Известна още като „класическа кавитация“ или „кавитация с налична нетна положителна смукателна височина (NPSHa)“, това е най-често срещаният тип кавитация. Центробежните помпи увеличават скоростта на течността, докато преминава през смукателния отвор на работното колело. Увеличаването на скоростта е еквивалентно на намаляване на налягането на течността. Намаляването на налягането може да доведе до кипене (изпаряване) на част от течността и образуване на мехурчета от пара, които се свиват силно и произвеждат малки ударни вълни, когато достигнат зоната с високо налягане.

 

2. Турбулентна кавитация.Компоненти като колена, клапани и филтри в тръбопроводната система може да не са подходящи за количеството или естеството на изпомпваната течност, което може да създаде вихри, турбуленция и разлики в налягането в цялата течност. Когато тези явления възникнат на входа на помпата, те могат директно да разрушат вътрешността на помпата или да причинят изпаряване на течността.

 

3. Кавитация при синдром на острието.Известен също като "синдром на преминаване на острието", този тип кавитация възниква, когато диаметърът на работното колело е твърде голям или вътрешното покритие на корпуса на помпата е твърде дебело/вътрешният диаметър на корпуса на помпата е твърде малък. Едното или и двете от тези условия ще намалят пространството (хлабината) в корпуса на помпата до нива под приемливите. Намаляването на хлабината в корпуса на помпата води до увеличаване на скоростта на течността, което води до намаляване на налягането. Намаляването на налягането може да доведе до изпаряване на течността, създавайки кавитационни мехурчета.

 

4. Вътрешна рециркулационна кавитация.Когато една помпа не е в състояние да изпразни флуид с необходимата скорост на потока, тя кара част или цялата течност да рециркулира около работното колело. Рециркулираната течност преминава през области с ниско и високо налягане, генерирайки топлина, висока скорост и образувайки мехурчета за изпаряване. Често срещана причина за вътрешна рециркулация е работата на помпата със затворен изходен клапан на помпата (или при нисък дебит - Бележка 1 на салона за помпа).

 

5. Въздушна кавитация.Въздухът може да бъде вкаран в помпата през повреден клапан или разхлабен монтаж. След като влезе в помпата, въздухът се движи заедно с течността. Движението на течността и въздуха може да образува мехурчета, които "експлодират", когато са изложени на повишеното налягане на работното колело на помпата.

 

• Какви са опасностите от кавитация?

 

1. Корозия на проточни компоненти:

(1) Поради високочестотния (600~25000 HZ) удар, генериран при спукването на мехурчетата, налягането достига до 49Mpa, причинявайки механична ерозия на металната повърхност.

 

(2) Тъй като топлината се отделя по време на изпаряване и възниква хидролиза поради ефекта на батерията на температурната разлика, генерираният кислород окислява метала и причинява химическа корозия.

 

2. Намаляване на производителността на помпата:

Когато възникне кавитация на помпата, обменът на енергия в работното колело се нарушава и унищожава, а външните характеристики се проявяват като QH кривата, QP и Qn кривите намаляват. В тежки случаи потокът в помпата ще бъде прекъснат и тя няма да работи.

 

При ниски специфични скорости, тъй като каналът на потока между лопатките е тесен и дълъг, щом възникне кавитация, мехурчетата изпълват целия канал на потока и кривата на производителността внезапно ще падне.

 

За средни и високи специфични скорости, каналът на потока е къс и широк, така че е необходим преходен процес, за да се развият мехурчета от появата до запълването на целия канал на потока. Съответната крива на производителност започва да намалява бавно и след това спада рязко, когато се увеличи до определен дебит.

 

• Мерки за подобряване на антикавитацията

 

1. Мерки за подобряване на антикавитационните характеристики на центробежната помпа:

(1) Подобрете структурния дизайн от смукателния порт на помпата до работното колело. Увеличете площта на потока; увеличаване на радиуса на кривината на входната секция на капака на работното колело, за да се намали бързото ускорение и спад на налягането на потока течност; намалете по подходящ начин дебелината на входа на лопатката и закръглете входа на лопатката, за да го направите близо до обтекаемата форма, което също може да намали ускорението и спада на налягането на потока около главата на лопатката; подобряване на повърхностното покритие на работното колело и входа на лопатката, за да се намали загубата на съпротивление; удължете входния ръб на лопатката до входа на работното колело, така че потокът течност да получава работа предварително и да повишава налягането.

 

(2) Използва се преден индуктор, за да накара потока на течността да работи предварително в предния индуктор, за да увеличи налягането на потока на течността.

 

(3) Чрез използване на работно колело с двойно засмукване течният поток навлиза в работното колело от двете страни на работното колело едновременно, така че входното напречно сечение се удвоява и дебитът на входния поток може да бъде намален наполовина.

 

(4) Проектното работно състояние приема малко по-голям положителен ъгъл на атака, за да увеличи входния ъгъл на перката, да намали огъването при входа на перката, да намали блокирането на перката и да увеличи входната площ; подобряване на работните условия при голям поток, за да се намалят загубите на поток. Положителният ъгъл на атака обаче не трябва да бъде твърде голям, в противен случай това ще повлияе на ефективността.

 

(5) Използвайте материали, устойчиви на кавитация. Практиката показва, че колкото по-високи са якостта, твърдостта и издръжливостта на материала, толкова по-добра е химическата му стабилност и толкова по-силна е устойчивостта на кавитация.

 

2. Мерки за подобряване на ефективната граница на кавитация на входното устройство за течност:

(1) Увеличете налягането на повърхността на течността в резервоара за съхранение на течност пред помпата, за да увеличите ефективния марж на кавитация.

 

(2) Намалете монтажната височина на помпата на смукателното устройство.

 

(3) Сменете устройството за засмукване нагоре с устройство за обратно напояване.

 

(4) Намаляване на загубата на поток в тръбопровода преди помпата, като скъсяване на тръбопровода възможно най-много в рамките на необходимия диапазон, намаляване на скоростта на потока в тръбопровода, намаляване на броя на колената и клапаните и увеличаване на отварянето на клапана като колкото е възможно повече.

 

(5) Намалете температурата на работната среда на входа на помпата (когато транспортната среда е близо до температурата на насищане).

 

Горните мерки могат да бъдат приложени по подходящ начин след цялостен анализ въз основа на типа помпа, избора на материал и условията на мястото на използване на помпата.