Основні принципи роботи відцентрових насосів: Кавітація
Види кавітації у відцентрових насосах
Щоб зменшити або запобігти кавітації у відцентрових насосах, важливо розуміти різні типи кавітації, які можуть виникати. Ці типи включають:
1. Вапоризаційна кавітація. Також відомий як «типова кавітація» або «кавітація при дефіциті позитивної висоти всмоктування (NPSHa)», це найпоширеніший тип кавітації. Відцентровий насос збільшує швидкість рідини, коли вона втягується через отвори робочого колеса. Збільшенню швидкості відповідає зменшення тиску рідини. Зниження тиску може призвести до кипіння (випаровування) частини рідини та утворення бульбашок пари, які різко згортаються, коли досягають зони високого тиску, і створюють крихітну ударну хвилю.
2. Турбулентна кавітація. Такі частини, як коліна, клапани, фільтри тощо в системі трубопроводів можуть не відповідати об’єму або характеру рідини, що перекачується, що може створювати вихрові струми, турбулентність і різницю тиску в рідині. Коли ці явища з’являються на вході насоса, вони безпосередньо руйнують внутрішню частину насоса або призводять до випаровування рідини.
3. Листковий синдром кавітації. Цей тип кавітації, також відомий як «синдром проникнення 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) у корпусі насоса нижче прийнятного рівня. Зменшення зазору в корпусі насоса призводить до збільшення витрати рідини, що призводить до зниження тиску. Знижений тиск може призвести до випаровування рідини, утворюючи кавітаційні бульбашки.
4. Внутрішня рециркуляційна кавітація. Коли насос не може викачувати рідину з потрібною швидкістю потоку, це призводить до того, що частина або вся рідина рециркулює навколо робочого колеса. Рециркуляційна рідина проходить через області низького та високого тиску, що призводить до нагрівання, високої швидкості та утворення випаровувальних бульбашок. Поширеною причиною внутрішньої рециркуляції є робота насоса, коли випускний клапан насоса закритий (або з низькою швидкістю потоку).
5. Повітровтягнення з кавітацією. Повітря може потрапляти в насос через несправний клапан або ослаблений з’єднувач. Потрапивши всередину насоса, повітря буде текти разом з рідиною. Рух рідини та повітря може утворювати бульбашки, які «вибухають» під дією підвищеного тиску робочого колеса насоса.
Фактори, що викликають кавітацію
НПШ, НПШа та НПШр
NPSH є ключовим фактором для запобігання кавітації у відцентрових насосах. NPSH - це різниця між фактичним тиском всмоктування та тиском пари рідини, виміряним на вході насоса. Значення NPSH має бути високим, щоб запобігти випаровуванню рідини в насосі. NPSHa — фактичний NPSH за умов роботи насоса. Необхідна позитивна чиста висота всмоктування (NPSHr) — це мінімальний NPSH, указаний виробником насоса, щоб уникнути кавітації. NPSHa є функцією деталей монтажу та експлуатації всмоктувальної труби та насоса. NPSHr є функцією конструкції насоса, і його значення визначається випробуванням насоса. NPSHr вказує на доступний напір за умов випробувань і зазвичай бере падіння напору насоса на 3% (для багатоступеневих насосів, головка робочого колеса) як основу для визначення кавітації. NPSHa завжди повинен бути більшим за NPSHr, щоб уникнути кавітації.
Повітровтягнення та його роль у кавітації
Коли повітря потрапляє у всмоктувальну лінію насоса, відбувається затягування повітря, що призводить до підвищеного ризику кавітації. Це може статися через неправильне заповнення насоса, витік у всмоктувальній лінії та вихровий або турбулентний потік у всмоктувальній лінії. Повітря в рідині утворює маленькі бульбашки, які під тиском у насосі можуть сприяти або посилювати процес кавітації. Зменшення залучення повітря є ключовим для мінімізації ризику кавітації. Цього можна досягти, дотримуючись мінімальних вимог до занурення, забезпечуючи належне ущільнення трубних з’єднань, підтримуючи відповідний NPSHa та уникаючи турбулентності на вході насоса.
Аналіз кривих насосів і систем, пов'язаних з ризиком кавітації
Аналіз кривої насоса та системи є важливим інструментом для розуміння та зменшення ризику кавітації. Перетини між кривими насоса та системи ілюструють характеристики витрати, напору та ефективності насоса за різних умов системи. Аналізуючи криві насоса та системи, оператор може визначити оптимальний робочий діапазон насоса та уникнути зон, які, як відомо, викликають кавітацію. Ці області включають ситуації, коли швидкість потоку дуже висока або висота всмоктування дуже низька. Особливу увагу слід звернути на мінімальну точку потоку, оскільки робота нижче цієї швидкості значно збільшує ризик кавітації. Правильне використання кривих насосів допомагає приймати рішення щодо вибору насоса, робочої швидкості та необхідних запобіжних заходів для мінімізації кавітації у відцентрових насосах.
Стратегії зменшення кавітації
Підвищте NPSHa, щоб запобігти кавітації
Переконайтеся, що NPSHa перевищує NPSHr, щоб уникнути кавітації. Це можна зробити:
1. Зменшіть висоту насоса відносно всмоктувального резервуару/цистерни. Можна збільшити рівень у всмоктувальному резервуарі/басейні або зменшити висоту встановлення насоса. Це збільшує NPSHa на вході насоса.
2. Збільште діаметр всмоктувальної труби. Це зменшує швидкість рідини при постійній швидкості потоку, тим самим зменшуючи втрати висоти всмоктування для труб і фітингів.
3. Зменшіть втрату голови аксесуарів. Зменшіть кількість з’єднань на лінії всмоктування насоса. Використовуйте такі аксесуари, як коліна з великим радіусом, клапани повного діаметру та труби для зменшення конусності, щоб зменшити втрати напору всмоктування, спричинені фітингами труб.
4. Наскільки це можливо, уникайте встановлення фільтрів і фільтрів на лінії всмоктування насоса, оскільки вони зазвичай викликають кавітацію у відцентровому насосі. Якщо цього уникнути неможливо, переконайтеся, що фільтр і фільтр на всмоктувальній лінії насоса регулярно перевіряються та очищаються.
5. Охолодіть перекачувану рідину, щоб зменшити її тиск пари.
Дізнайтеся про запас NPSH для запобігання кавітації
Маржа NPSH – це різниця між NPSHa та NPSHr. Великий запас NPSH знижує ризик кавітації, оскільки забезпечує коефіцієнт безпеки, який запобігає падінню NPSHa нижче нормальних робочих рівнів через коливання робочих умов. Фактори, які впливають на запас NPSH, включають характеристики рідини, швидкість насоса та умови всмоктування. Інженери повинні розрахувати та максимізувати цей запас на етапах проектування та планування експлуатації, щоб забезпечити надійну роботу насоса та мінімізувати ризик кавітації. Регулярний моніторинг і коригування на основі оперативних даних у реальному часі допомагає підтримувати ефективну маржу NPSH.
Підтримуйте мінімальний потік насоса
Переконайтеся, що відцентровий насос працює вище зазначеної мінімальної швидкості потоку, що має вирішальне значення для зменшення кавітації. Відцентрові насоси, що працюють нижче свого оптимального діапазону витрати (допустимої робочої зони), збільшують ймовірність зон низького тиску, що може викликати кавітацію. Кожен відцентровий насос має характеристику насоса, яка показує мінімальну швидкість потоку, необхідну для запобігання таким проблемам у роботі, як кавітація. Цей мінімальний потік можна підтримувати за допомогою методів регулювання потоку, таких як байпасні лінії, регулюючі клапани або насоси зі змінною швидкістю. Це особливо важливо під час фази запуску або зупинки, коли потреба в насосі змінюється.
Конструкція робочого колеса для зменшення кавітації
Конструкція робочого колеса відіграє важливу роль у тому, чи схильний відцентровий насос до кавітації. Крильчатка з меншою кількістю і більшими лопатями має тенденцію менше прискорювати рідину, зменшуючи ризик кавітації. Крім того, робочі колеса з великим діаметром входу або конічними лопатями допомагають більш плавно керувати потоком рідин, мінімізуючи турбулентність і утворення бульбашок. Термін служби робочих коліс і насосів можна продовжити, використовуючи матеріали, стійкі до кавітаційних пошкоджень.
Використовуйте антикавітаційні пристрої
Пристрої для запобігання кавітації, такі як аксесуари для контролю потоку або покриття для придушення кавітації, можуть ефективно зменшити кавітацію. Роль цих пристроїв полягає в тому, щоб контролювати динаміку рідини навколо робочого колеса, забезпечуючи більш стабільний потік і зменшуючи турбулентність і області низького тиску, які викликають кавітацію. Випрямлячі потоку можна використовувати для зменшення завихрень у рідині та покращення умов входу насоса. Футеровка для придушення кавітації розриває бульбашку до того, як вона вибухне, захищаючи робоче колесо та корпус насоса від пошкодження.
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. Великі насоси можуть працювати менш ефективно при низьких витратах, що призводить до підвищеного ризику кавітації, тоді як меншим насосам може знадобитися більше працювати, щоб відповідати вимогам щодо потоку, що також збільшує ймовірність кавітації. Правильний вибір насоса включає детальний аналіз вимог до максимального, нормального та мінімального потоку, характеристик рідини та компонування системи, щоб переконатися, що насос працює в заданому робочому діапазоні. Точний вибір запобігає кавітації та підвищує ефективність і надійність насоса протягом усього його життєвого циклу. Кавітація у відцентрових насосах може вплинути на ефективність і скоротити термін служби через пошкодження важливих компонентів. Реалізація обговорюваних стратегій, таких як оптимізація конструкції та вибору насоса, підтримання належної швидкості потоку та забезпечення відповідних запасів NPSH, значно зменшить ризик кавітації. Регулярний моніторинг і технічне обслуговування гарантують, що насос працює в оптимальних умовах, тим самим збільшуючи термін служби та надійність різних застосувань. Вживаючи профілактичних заходів, обладнання може покращити продуктивність і уникнути дорогих пошкоджень і небезпек, спричинених кавітацією.
