Что такое кавитация? Как улучшить меры борьбы с кавитацией?

 

• Что такое кавитация?

Кавитация – вредное состояние, часто возникающее в центробежных насосных агрегатах. Кавитация может снизить эффективность насоса, вызвать вибрацию и шум, а также привести к серьезному повреждению крыльчатки насоса, корпуса насоса, вала и других внутренних деталей. Кавитация возникает, когда давление жидкости в насосе падает ниже давления испарения, вызывая образование пузырьков пара в областях низкого давления. Эти пузырьки пара могут резко схлопываться или «взорваться», когда попадают в область высокого давления. Это может привести к механическому повреждению насоса, созданию слабых мест, подверженных эрозии и коррозии, а также ухудшению производительности насоса.

 

Понимание и реализация стратегий по уменьшению кавитации имеет решающее значение для поддержания эксплуатационной целостности и срока службы центробежных насосов.

 

• Виды кавитации в центробежных насосах

 

1. Испарительная кавитация.Это наиболее распространенный тип кавитации, также известный как «классическая кавитация» или «кавитация с положительным положительным давлением на всасывании (NPSHa)». Центробежные насосы увеличивают скорость жидкости при ее прохождении через всасывающее отверстие рабочего колеса. Увеличение скорости эквивалентно уменьшению давления жидкости. Снижение давления может привести к кипению (испарению) части жидкости и образованию пузырьков пара, которые резко разрушаются и производят крошечные ударные волны, когда достигают области высокого давления.

 

2. Турбулентная кавитация.Такие компоненты, как колена, клапаны и фильтры в системе трубопроводов, могут не подходить для количества или характера перекачиваемой жидкости, что может создавать завихрения, турбулентность и перепады давления в жидкости. Когда эти явления возникают на входе насоса, они могут напрямую разрушить внутреннюю часть насоса или вызвать испарение жидкости.

 

3. Синдром лезвия кавитации.Этот тип кавитации, также известный как «синдром прохождения лопастей», возникает, когда диаметр рабочего колеса слишком велик или внутреннее покрытие корпуса насоса слишком толстое/внутренний диаметр корпуса насоса слишком мал. Любое из этих условий или оба приведут к уменьшению пространства (зазора) внутри корпуса насоса до уровня ниже допустимого. Уменьшение зазора внутри корпуса насоса приводит к увеличению скорости жидкости, что приводит к снижению давления. Снижение давления может привести к испарению жидкости, создавая кавитационные пузырьки.

 

4. Внутренняя рециркуляционная кавитация.Когда насос не может перекачивать жидкость с требуемой скоростью, это приводит к рециркуляции части или всей жидкости вокруг рабочего колеса. Рециркулируемая жидкость проходит через области низкого и высокого давления, выделяя тепло, высокую скорость и образуя пузырьки испарения. Распространенной причиной внутренней рециркуляции является работа насоса при закрытом выпускном клапане насоса (или при низкой скорости потока – Салон насосов, Примечание 1).

 

5. Воздухововлекающая кавитация.Воздух может попасть в насос через неисправный клапан или незакрепленный фитинг. Попав внутрь насоса, воздух движется вместе с жидкостью. Движение жидкости и воздуха может образовывать пузырьки, которые «взрываются» под воздействием повышенного давления крыльчатки насоса.

 

• Чем опасна кавитация?

 

1. Коррозия проточных компонентов:

(1) Из-за высокочастотного (600~25000 Гц) удара, возникающего при разрыве пузырьков, давление достигает 49 МПа, вызывая механическую эрозию на поверхности металла.

 

(2) Поскольку при испарении выделяется тепло и происходит гидролиз из-за эффекта разности температур батареи, образующийся кислород окисляет металл и вызывает химическую коррозию.

 

2. Производительность насоса снижается:

При возникновении кавитации насоса энергетический обмен в рабочем колесе нарушается и разрушается, а внешние характеристики проявляются в виде снижения кривых QH, QP и Qn. В тяжелых случаях поток в насосе будет прерван, и он не будет работать.

 

При низких удельных скоростях, поскольку канал потока между лопатками узкий и длинный, при возникновении кавитации пузырьки заполняют весь канал потока, и кривая производительности внезапно падает.

 

Для средних и высоких удельных скоростей канал потока короткий и широкий, поэтому для развития пузырьков требуется переходный процесс от возникновения до заполнения всего канала потока. Соответствующая кривая производительности начинает медленно снижаться, а затем резко падает при увеличении до определенного расхода.

 

• Мероприятия по улучшению антикавитации

 

1. Мероприятия по улучшению антикавитационных характеристик центробежного насоса:

(1) Улучшите конструкцию конструкции от всасывающего патрубка насоса до рабочего колеса. Увеличить проходное сечение; увеличить радиус кривизны входной части крышки рабочего колеса для уменьшения быстрого ускорения и падения давления потока жидкости; соответствующим образом уменьшите толщину входного отверстия лопатки и скруглите входное отверстие лопатки, чтобы придать ему форму, близкую к обтекаемой, что также может уменьшить ускорение и падение давления потока вокруг головки лопатки; улучшить качество поверхности рабочего колеса и входа лопатки, чтобы уменьшить потери сопротивления; выдвиньте входную кромку лопатки до входа в рабочее колесо, чтобы поток жидкости заранее получил работу и увеличил давление.

 

(2) Передний индуктор используется для того, чтобы поток жидкости работал заранее в переднем индукторе и увеличивал давление потока жидкости.

 

(3) При использовании рабочего колеса двойного всасывания поток жидкости поступает в рабочее колесо одновременно с обеих сторон, поэтому входное поперечное сечение удваивается, а скорость входного потока может быть уменьшена вдвое.

 

(4) В расчетных рабочих условиях используется немного больший положительный угол атаки, чтобы увеличить угол входа лопасти, уменьшить изгиб на входе лопасти, уменьшить засорение лопасти и увеличить площадь входа; улучшить условия работы при большом расходе, чтобы уменьшить потери потока. Однако положительный угол атаки не должен быть слишком большим, иначе это скажется на эффективности.

 

(5) Используйте материалы, устойчивые к кавитации. Практика показывает, что чем выше прочность, твердость и ударная вязкость материала, тем выше химическая стабильность и выше кавитационно-стойкие характеристики.

 

2. Мероприятия по повышению эффективного кавитационного запаса устройства подвода жидкости:

(1) Увеличьте давление поверхности жидкости в резервуаре для хранения жидкости перед насосом, чтобы увеличить эффективный запас кавитации.

 

(2) Уменьшите высоту установки насоса всасывающего устройства.

 

(3) Замените устройство восходящей аспирации на устройство обратной ирригации.

 

(4) Уменьшите потери потока в трубопроводе перед насосом, например, максимально укоротив трубопровод в пределах требуемого диапазона, уменьшив скорость потока в трубопроводе, уменьшив количество колен и клапанов и увеличив отверстие клапана, как только как можно больше.

 

(5) Уменьшите температуру рабочей среды на входе в насос (когда транспортирующая среда близка к температуре насыщения).

 

Вышеуказанные меры могут быть надлежащим образом применены после всестороннего анализа с учетом типа насоса, выбора материала и условий места использования насоса.