Являясь ведущим производителем промышленной арматуры в Китае с более чем 30-летним опытом, THINKTANK понимает, что кавитация, хотя и не является новой проблемой в насосных системах, становится все более распространенной. Несмотря на отсутствие официальной статистики, можно справедливо сказать, что случаи кавитации насосов заметно возросли за последние пять лет.
Крайне важно понимать, что проблемы с насосной системой, включая кавитацию, обычно проявляются в самом насосе, но редко вызваны им. Любопытно, что около 90% проблем с насосом возникают не из-за самого насоса, а из-за таких факторов, как кавитация, некачественная конструкция системы и ненадлежащее обслуживание.
Дополнительные проблемы, связанные с кавитацией, такие как вибрация, могут быть серьезными и могут привести к механическому повреждению всего корпуса насоса. Более того, проблемы, связанные с кавитацией, могут сократить ожидаемый срок службы насоса с 10-15 лет до двух лет в экстремальных ситуациях.
Почему кавитация стала более распространенной по сравнению с ее относительно изолированным явлением два десятилетия назад? Вполне вероятно, что сегодняшние инженеры-конструкторы в водной отрасли должны владеть огромным набором различных технологий. Нереалистично ожидать, что эти профессионалы будут экспертами в нескольких областях. По сути, Кавитация возникает в первую очередь из-за плохой конструкции насосной системы. и недостаточная осведомленность о его причинах.
В этой статье мы углубимся в причины и последствия кавитации, а также процедуры, которые необходимо принять на этапе проектирования. Мы рассмотрим возможные решения для установки.
Что такое явление кавитации для насоса
Кавитация – это явление, которое возникает в системах потока жидкости и особенно актуально при работе насосов.
Кавитация возникает, когда давление в жидкости падает ниже давления пара, вызывая испарение жидкости и образование пузырьков воздуха или полостей. Эти пузырьки пара затем перемещаются с потоком жидкости к областям с более высоким давлением, где они разрушаются или взрываются.
Взрыв этих пузырей может вызвать серьезные проблемы. Он генерирует интенсивные ударные волны, которые могут вызвать точечную коррозию и эрозию на поверхностях компонентов насоса, особенно на лопастях рабочего колеса. Со временем кавитационные повреждения могут привести к снижению эффективности, увеличению вибрации и шума и, в конечном итоге, к выходу насоса из строя.
Кавитация наиболее вероятна в насосах, когда доступный чистый положительный напор на всасывании (NPSHA), мера давления, испытываемого жидкостью при входе в насос, падает ниже необходимого чистого положительного напора на всасывании (NPSHR), который является минимальным давление, необходимое для предотвращения кавитации, как указано производителем насоса.
Чтобы предотвратить кавитацию, важно правильно спроектировать и эксплуатировать насосную систему, чтобы давление жидкости никогда не опускалось ниже давления ее пара. Это может включать в себя регулировку рабочей точки насоса, увеличение давления паров жидкости на всасывании насоса, снижение температуры жидкости (что снижает ее пар давление) или выбрать насос с более низким NPSHR.
Причины кавитации в насосе
Кавитация в насосе вызвана несколькими факторами, которые часто взаимосвязаны. Вот основные причины:
1. Недостаточный чистый положительный напор на всасывании (NPSH).
Это наиболее распространенная причина кавитации насоса. NPSH — это разница между давлением на входе насоса и давлением паров перекачиваемой жидкости. Когда NPSH слишком низкий, давление жидкости может упасть ниже давления пара, что приведет к испарению жидкости и образованию пузырьков.
2. Неправильный выбор насоса.
Выбор насоса, не подходящего для конкретного применения, также может привести к кавитации. Если насос не предназначен для работы с определенной скоростью потока, давлением, температурой или типом перекачиваемой жидкости, может возникнуть кавитация.
3. Высокая скорость откачки
Работа насоса на слишком высокой скорости может снизить давление на входе насоса, что приведет к кавитации.
4. Плохая компоновка трубопроводов.
Конструкция трубопровода на стороне всасывания насоса может существенно влиять на возникновение кавитации. Если трубы слишком длинные, имеют слишком много изгибов или ограничений или слишком маленький диаметр, это может вызвать падение давления и привести к кавитации.
5. Температура жидкости
Давление паров жидкости увеличивается с температурой. Таким образом, если температура жидкости слишком высока, она, скорее всего, испарится и вызовет кавитацию.
6. Износ и повреждение насоса.
Со временем износ рабочего колеса, корпуса или уплотнений насоса может изменить характеристики потока внутри насоса, увеличивая риск кавитации.
Предотвращение кавитации насоса
Предотвращение кавитации в насосе требует всестороннего понимания конструкции системы, правильного выбора насоса и соответствующих методов эксплуатации. Вот несколько мер, которые следует учитывать:
Обеспечьте достаточную положительную положительную высоту всасывания (NPSH).
NPSH — это разница между давлением на входе насоса и давлением паров перекачиваемой жидкости. Вы всегда должны следить за тем, чтобы NPSH, имеющийся в системе, превышал NPSH, необходимый для насоса. Это предотвращает падение давления жидкости ниже давления пара и предотвращает кавитацию.
Правильный выбор насоса
Выберите насос, подходящий для конкретного применения. Это включает в себя учет таких факторов, как скорость потока, давление, температура и тип перекачиваемой жидкости. Насос должен иметь требуемый NPSH, который ниже, чем NPSH, доступный в системе.
Контролируйте скорость откачки
Эксплуатация насоса в рекомендованном диапазоне скоростей поможет предотвратить слишком низкое падение давления на входе.
Оптимизация конструкции трубопроводов
Конструкция системы трубопроводов, особенно на стороне всасывания насоса, играет решающую роль в предотвращении кавитации. Избегайте длинных всасывающих линий, слишком большого количества изгибов и ограничительных компонентов, которые могут привести к падению давления.
Температура регулирующей жидкости
Давление пара жидкости увеличивается с температурой, что делает кавитацию более вероятной. Если возможно, контролируйте температуру жидкости, чтобы поддерживать ее температуру ниже точки кипения при давлении на входе насоса.
Регулярное обслуживание насоса
Регулярные проверки и техническое обслуживание насоса могут помочь выявить и устранить проблемы, которые могут привести к кавитации, например, износ и повреждение рабочего колеса, уплотнений или корпуса насоса.
Соблюдая эти профилактические меры, вы сможете значительно снизить риск кавитации насоса и обеспечить оптимальную производительность и долговечность насоса.
Допуск на кавитацию насоса
Допуск на кавитацию и насос является расчетным и эксплуатационным соображением, которое признает возможность кавитации насоса при определенных условиях и необходимость гарантировать, что ее последствия сведены к минимуму до приемлемого уровня. В первую очередь это включает в себя проектирование и эксплуатацию насоса и системы таким образом, чтобы доступный чистый положительный напор на всасывании (NPSHA) превышал требуемый чистый положительный напор на всасывании (NPSHR) с безопасным запасом.
Точный допуск на кавитацию может варьироваться в зависимости от конкретной конструкции насоса, типа перекачиваемой жидкости и условий эксплуатации. Однако общее эмпирическое правило заключается в том, чтобы обеспечить, чтобы NPSHA был как минимум в 1.5–2 раза выше, чем NPSHR. Это помогает гарантировать, что даже если условия изменятся (например, если температура жидкости повысится, что приведет к более высокому давлению паров), риск кавитации останется низким.
Допуск к кавитации в насосе является важнейшим аспектом конструкции и эксплуатации насоса. Это помогает обеспечить долгосрочную работу и долговечность насоса, а также избежать таких проблем, как вибрация, шум и механические повреждения, которые могут быть вызваны кавитацией. Таким образом, это необходимо тщательно учитывать в процессе выбора насоса и проектирования системы, а также при текущей эксплуатации и техническом обслуживании насоса.
Основная взаимосвязь кавитации в насосе
Условия кавитации насоса определяются как самим насосом, так и всасывающим устройством. Поэтому для изучения условий возникновения кавитации в насосе следует рассматривать как сам насос, так и всасывающее устройство. Основная зависимость кавитации насоса такова:
NPSHc ≤ NPSHr ≤ [NPSH] ≤ NPSHa
NPSHa=NPSHr(NPSHc)——Насос начинает кавитировать.
НПШа НПШа>НПШр(НПШк)——Кавитация в насосе отсутствует.
В формуле NPSHa: NPSH устройства также называется эффективным NPSH. Чем больше значение, тем меньше вероятность возникновения кавитации. Если вы хотите увеличить NPSH устройства, вы можете увеличить давление на входе насоса только при условии постоянного атмосферного давления и температуры воды.
NPSHr: NPSH насоса, также известный как необходимый NPSH или динамический перепад давления на входе насоса. Чем меньше значение, тем лучше антикавитационные характеристики.
NPSHc — критический NPSH, который относится к NPSH, соответствующему определенному значению падения производительности насоса.
[NPSH] —— Допустимый NPSH, который представляет собой NPSH, используемый для определения условий эксплуатации насоса, обычно принимает значение [NPSH] = (1.1～1.5)NPSHc.
Расчет NPSH для устройства
НПШа＝Pc/ρg－hg－hc－Pv/ρg (ингаляционно)
NPSHa=Pc/ρg+hg-hc-Pv/ρg (обратный поток)
В формуле: НПШа – НПШ аппарата (м);
Pc/ρg – абсолютный напор поверхности всасываемой жидкости (м);
Pv/ρg – напор испарения при температуре жидкости (м);
Pc – абсолютное давление уровня всасывающей жидкости закрытой системы (Па);
Pv – давление испарения при температуре жидкости (Па);
(Давление поверхности входа воды открытой системы равно атмосферному давлению Па, где Pc=Па)
hg – высота геометрии всасывания насоса (м); (высота по вертикали от уровня жидкости на входе воды до базовой плоскости рабочего колеса насоса)
hc – потеря сопротивления всасывающего устройства насоса (м); (включая локальные потери и вдоль
потери процесса)
ρ – жидкость плотность; (кг/м3)
g – ускорение свободного падения 9.8 (м/с2)
Параметры прибора Pc, hg, hc в формуле уровень воды в открытой системе соответствует нормальному атмосферному давлению, Па зависит от местной высоты. Свойства жидкости Pv и ρ связаны с температурой жидкости, значение Pv можно найти в руководстве. Следовательно, для одного и того же устройства всасывающей системы значение NPSHa различно на разных высотах или при разных температурах подаваемой жидкости.
Расчет высоты установки насоса
Высота установки насоса должна соответствовать значению NPSH, предусмотренному устройством. Формула расчета высоты установки:
H ≤ HA- HV – NPSHR – △hs – 0.5,
В формуле:
HA: поверхностное давление перекачиваемой жидкости (столб жидкости);
HV: давление испарения перекачиваемой жидкости (столб жидкости);
NPSHR: необходимый NPSH насоса;
△hs: Общая потеря сопротивления всасывающего трубопровода, единица измерения – м.
Меры по предотвращению кавитации
Чтобы предотвратить кавитацию, необходимо увеличить NPSHa, чтобы NPSHa>NPSHr мог предотвращать кавитацию следующим образом:
а. Уменьшить геометрическую высоту всасывания hg (или увеличить геометрическую высоту противотока);
б. Чтобы уменьшить потери на всасывании hc, постарайтесь увеличить диаметр всасывающей трубы, минимизировать длину трубы, колен и аксессуаров и т. д.;
в. Не допускайте длительной работы под большим потоком;
д. При той же скорости и расходе используется впускной насос с двойным всасыванием, поскольку скорость впускного потока снижается, а насос не склонен к кавитации;
е. При возникновении кавитации в насосе следует уменьшить подачу или уменьшить скорость;
ф. Состояние всасывающей ванны насоса оказывает важное влияние на кавитацию насоса;
г. Для насосов, работающих в тяжелых условиях, во избежание кавитационных повреждений можно использовать кавитационно-стойкие материалы.
Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете бесплатно проконсультироваться с нашими торговыми представителями. В то же время мы можем бесплатно предоставить вам ресурсы всех производителей насосов в Китае.
