Co je kavitace?Jak zlepšit opatření proti kavitaci?

 

• Co je kavitace?

Kavitace je škodlivý stav, který se často vyskytuje u odstředivých čerpacích jednotek. Kavitace může snížit účinnost čerpadla, způsobit vibrace a hluk a vést k vážnému poškození oběžného kola čerpadla, skříně čerpadla, hřídele a dalších vnitřních částí. Ke kavitaci dochází, když tlak kapaliny v čerpadle klesne pod tlak odpařování, což způsobí tvorbu bublinek páry v oblastech s nízkým tlakem. Tyto bubliny páry se mohou prudce zhroutit nebo „implodovat“, když se dostanou do oblasti vysokého tlaku. To může způsobit mechanické poškození uvnitř čerpadla, vytvořit slabá místa, která jsou náchylná k erozi a korozi, a zhoršit výkon čerpadla.

 

Pochopení a implementace strategií ke zmírnění kavitace je zásadní pro zachování provozní integrity a životnosti odstředivých čerpadel.

 

• Typy kavitace v odstředivých čerpadlech

 

1. Vaporizační kavitace.Také známá jako „klasická kavitace“ nebo „kavitace s čistou pozitivní sací hlavou (NPSHa)“, jedná se o nejběžnější typ kavitace. Odstředivá čerpadla zvyšují rychlost kapaliny při průchodu sacím otvorem oběžného kola. Zvýšení rychlosti je ekvivalentní poklesu tlaku tekutiny. Snížení tlaku může způsobit, že se část tekutiny vaří (vypaří) a vytvoří se bublinky páry, které se prudce zhroutí a vytvoří malé rázové vlny, když dosáhnou oblasti vysokého tlaku.

 

2. Turbulentní kavitace.Součásti, jako jsou kolena, ventily a filtry v potrubním systému, nemusí být vhodné pro množství nebo povahu čerpané kapaliny, což může vytvářet víry, turbulence a tlakové rozdíly v kapalině. Pokud k těmto jevům dojde na vstupu čerpadla, mohou přímo erodovat vnitřek čerpadla nebo způsobit vypařování kapaliny.

 

3. Blade syndrom kavitace.Tento typ kavitace, známý také jako "syndrom průchodu lopatkami", nastává, když je průměr oběžného kola příliš velký nebo vnitřní povlak skříně čerpadla je příliš silný/vnitřní průměr skříně čerpadla je příliš malý. Jedna nebo obě tyto podmínky zmenší prostor (vůli) v tělese čerpadla pod přijatelnou úroveň. Zmenšení vůle uvnitř tělesa čerpadla způsobuje zvýšení rychlosti tekutiny, což má za následek pokles tlaku. Snížení tlaku může způsobit vypařování tekutiny a vytváření kavitačních bublin.

 

4. Vnitřní recirkulace Kavitace.Když čerpadlo není schopno vypouštět kapalinu požadovaným průtokem, způsobí to, že část nebo všechna kapalina recirkuluje kolem oběžného kola. Recirkulovaná tekutina prochází oblastmi s nízkým a vysokým tlakem, generuje teplo, vysokou rychlost a tvoří odpařovací bubliny. Častou příčinou vnitřní recirkulace je provoz čerpadla s uzavřeným výstupním ventilem čerpadla (nebo při nízkém průtoku - Pump Salon Poznámka 1).

 

5. Vzduch Entrainment Kavitace.Vzduch může být nasáván do čerpadla přes vadný ventil nebo uvolněnou armaturu. Jakmile je uvnitř čerpadla, vzduch se pohybuje s kapalinou. Pohyb tekutiny a vzduchu může vytvářet bubliny, které „explodují“, když jsou vystaveny zvýšenému tlaku oběžného kola čerpadla.

 

• Jaká jsou rizika kavitace?

 

1. Koroze průtočných součástí:

(1) V důsledku vysokofrekvenčního (600~25000 Hz) nárazu generovaného při prasknutí bublin je tlak až 49 MPa, což způsobuje mechanickou erozi na kovovém povrchu.

 

(2) Protože se během odpařování uvolňuje teplo a dochází k hydrolýze v důsledku teplotního rozdílového bateriového efektu, generovaný kyslík oxiduje kov a způsobuje chemickou korozi.

 

2. Výkon čerpadla klesá:

Když dojde ke kavitaci čerpadla, je narušena a zničena výměna energie v oběžném kole a vnější charakteristiky se projeví poklesem křivky QH, křivky QP a Qn. V závažných případech se průtok v čerpadle přeruší a čerpadlo nebude fungovat.

 

Pro nízké specifické rychlosti, protože průtokový kanál mezi lopatkami je úzký a dlouhý, jakmile dojde ke kavitaci, bubliny zaplní celý průtokový kanál a výkonová křivka náhle klesne.

 

Pro střední a vysoké specifické rychlosti je průtokový kanál krátký a široký, takže vývoj bublin vyžaduje přechodový proces od výskytu k vyplnění celého průtokového kanálu. Odpovídající výkonová křivka začíná pomalu klesat a poté prudce klesá, když se zvýší na určitý průtok.

 

• Opatření ke zlepšení antikavitace

 

1. Opatření ke zlepšení antikavitačního výkonu odstředivého čerpadla:

(1) Zlepšete konstrukční řešení od sacího otvoru čerpadla až po oběžné kolo. Zvětšete průtokovou plochu; zvětšit poloměr zakřivení vstupní části krytu oběžného kola, aby se snížilo rychlé zrychlení a pokles tlaku proudu kapaliny; vhodně zmenšit tloušťku vstupu lopatky a zaoblení vstupu lopatky, aby se přiblížil tvaru proudnice, což může také snížit zrychlení a tlakovou ztrátu proudění kolem hlavy lopatky; zlepšit povrchovou úpravu oběžného kola a vstupu lopatky, aby se snížila ztráta odporu; prodlužte vstupní hranu lopatky ke vstupu oběžného kola tak, aby proud kapaliny dostal práci předem a zvýšil tlak.

 

(2) Přední induktor se používá k tomu, aby průtok kapaliny pracoval předem v předním induktoru, aby se zvýšil tlak průtoku kapaliny.

 

(3) Při použití oběžného kola s dvojitým sáním proudí kapalina do oběžného kola z obou stran oběžného kola současně, takže vstupní průřez se zdvojnásobí a vstupní průtok lze snížit na polovinu.

 

(4) Konstrukční pracovní podmínky přijímají mírně větší kladný úhel náběhu, aby se zvýšil úhel vstupu lopatky, snížilo se ohýbání na vstupu lopatky, snížilo se zablokování lopatky a zvětšila se vstupní plocha; zlepšit pracovní podmínky při velkém průtoku, aby se snížily ztráty průtoku. Kladný úhel náběhu by však neměl být příliš velký, jinak se projeví na účinnosti.

 

(5) Používejte materiály odolné proti kavitaci. Praxe ukazuje, že čím vyšší je pevnost, tvrdost a houževnatost materiálu, tím lepší je chemická stabilita a tím silnější je odolnost vůči kavitaci.

 

2. Opatření ke zlepšení efektivní kavitační rezervy zařízení pro přívod kapaliny:

(1) Zvyšte tlak na hladině kapaliny v nádrži na kapalinu před čerpadlem, abyste zvýšili efektivní kavitační rezervu.

 

(2) Snižte instalační výšku čerpadla sacího zařízení.

 

(3) Změňte horní sací zařízení na reverzní irigační zařízení.

 

(4) Snižte ztrátu průtoku v potrubí před čerpadlem, jako je zkrácení potrubí co nejvíce v požadovaném rozsahu, snížení průtoku v potrubí, snížení počtu kolen a ventilů a zvětšení otevření ventilu jako co nejvíce.

 

(5) Snižte teplotu pracovního média na vstupu čerpadla (když se dopravní médium blíží saturační teplotě).

 

Výše uvedená opatření lze vhodně použít po komplexní analýze založené na typu čerpadla, výběru materiálu a podmínkách na místě použití čerpadla.