Kavitacija je čest problem tijekom rada centrifugalnih crpki, što može uzrokovati povećanje vibracija i buke pumpe, smanjenje učinkovitosti i ozbiljno oštećenje komponenti.
Ovaj članak ne istražuje profesionalno teoretsko znanje o kavitaciji, već samo pokušava koristiti relativno jednostavan jezik kako bi pružio detaljan uvod u nekoliko uobičajenih vrsta kavitacije u centrifugalnim crpkama, opasnosti od kavitacije i uobičajeno korištene mjere za poboljšanje kavitacije na licu mjesta.
1. Vrste kavitacije
Prema mjestu nastanka, kavitacija se može podijeliti na kavitaciju lopatice, kavitaciju praznine, grubu kavitaciju, kavitaciju šupljine i kavitaciju povratnog toka.
(1) Folijarna kavitacija
Kada dođe do kavitacije, stvaranje i pucanje mjehurića uglavnom se događa na prednjoj i stražnjoj strani lopatica, također poznato kao kavitacija aeroprofila, što je glavni oblik kavitacije u centrifugalnim pumpama. Kada je crpka instalirana previsoko, čak i ako crpka radi prema projektiranim uvjetima, područje niskog{1}}tlaka može se pojaviti na stražnjoj strani ulaza i izlaza lopatica:
1) Kada crpka radi u uvjetima visokog protoka, dolazi do odvajanja protoka i vrtloga na prednjem rubu lopatica, stvarajući negativni tlak koji može uzrokovati kavitaciju na prednjoj strani lopatica.
2) Kada crpka radi u uvjetima niskog protoka, na stražnjoj strani lopatica stvaraju se vrtlozi, stvarajući zonu niskog-tlaka i uzrokujući kavitaciju na stražnjoj strani lopatica.
(2) Kavitacija u procjepu
Odnosi se na kavitaciju koja nastaje kada tekućina teče kroz uski kanal ili otvor, uzrokujući lokalno povećanje brzine protoka i smanjenje tlaka do tlaka isparavanja komponenti protoka.
U razmaku između-otpornog na habanje prstena kućišta centrifugalne pumpe i vanjskog ruba (pokrovne ploče) rotora, pod razlikom tlaka (osobito velike razlike tlaka) s obje strane ulaza i izlaza rotora, tekućina na izlaznoj strani teče natrag velikom brzinom, uzrokujući lokalni pad tlaka i kavitaciju
U malom razmaku između vanjskog ruba lopatica crpke aksijalnog protoka i kućišta crpke, pod djelovanjem razlike tlaka između prednje i stražnje strane lopatica, velika obrnuta brzina protoka tekućine u procjepu također može uzrokovati lokalni pad tlaka, što rezultira kavitacijom na odgovarajućem vanjskom rubu lopatica u kućištu crpke i stvaranjem saća i zone kavitacije grube površine na vanjskom rubu crpke. impeler i lopatice.
(3) Gruba kavitacija
Gruba kavitacija odnosi se na stvaranje vrtloga nizvodno od izbočina kada tekućina teče kroz neravnu površinu komponenti grubog protoka unutar kućišta pumpe, uzrokujući lokalni pad tlaka i dovodeći do kavitacije.
Tijekom lijevanja i obrade komponenata protoka pumpe, neravnine na površini, rupe od pijeska, rupe za zrak itd. mogu uzrokovati nagle promjene u lokalnom stanju protoka i rezultirati kavitacijom.
(4) Kavitacija šupljine
Kavitacija u šupljini odnosi se na stvaranje spiralne vrtložne trake u usisnoj komori na ulazu u crpku zbog loših uvjeta ulaza vode ili nedovoljne dubine uranjanja. Kada središnji tlak vrtložnog pojasa padne na tlak isparavanja, također će se pojaviti kavitacija, praćena jakim vibracijama.
(5) Refluksna kavitacija
Općenito govoreći, preduvjet za kavitaciju je NPSHa
Kada je protok pumpe prenizak ili je ulazni tlak previsok, dolazi do povratnog toka. Kada je protok pumpe prenizak, dolazi do unutarnjeg refluksa na ulazu rotora; Kada je ulazni tlak crpke previsok, dolazi do unutarnjeg refluksa na izlazu iz impelera. Unutarnji refluks uzrokuje povećanje brzine protoka tekućine sve dok isparavanje ne proizvede mjehuriće, koji zatim pucaju pod višim okolnim tlakom. Kada dođe do unutarnjeg povratnog toka na usisnom otvoru, oko usisnog otvora pumpe emitirat će se nepravilan zvuk pucketanja, popraćen -detonacijskim zvukom visokog intenziteta.
Refluksna kavitacija općenito se može poboljšati sljedećim metodama:
1) Povećajte izlazni protok crpke.
2) Ugradite premosnicu između ulaza i izlaza crpke (korisnici teško prihvaćaju ovu metodu u praktičnim primjenama).
3) Optimizirajte strukturu impelera (smanjite ulaznu površinu rotora).
2. Opasnosti od kavitacije
(1) Degradacija performansi, oštećenje cjevovoda
Kavitacija može značajno smanjiti rad crpke. Obično, za centrifugalne crpke, kada ulazni tlak padne do određene mjere, njihov rad će se naglo smanjiti, što je također poznato kao kavitacijski lom. Kavitacija također može uzrokovati nestabilnost unutar tekućine, što može dovesti do oscilacija u protoku i tlaku. Uz pomoć tih oscilacija može uzrokovati oštećenje pumpe i njezinih ulaznih i izlaznih cjevovoda.
(2) Ozbiljno oštećenje prekostrujnih komponenti crpke
Kavitacija može uzrokovati oštećenje površine komponenti. Kada se mjehurići rasprsnu, okolna tekućina stvara iznimno visok udarni tlak (vršni tlak) do 49 MPa. Kada hidraulička čvrstoća kavitacije premašuje sposobnost materijala da se odupre ovom udaru, to može dovesti do lokalnog loma materijala stijenke zbog zamora i odvajanja površinskog materijala. Kavitacija se javlja istovremeno s kemijskom i elektrokemijskom korozijom. Veličina udubljenja koja nastaju korozijom i plastičnom deformacijom materijala u ranoj fazi kavitacije je oko 10 μm do 50 μm, posebno za neke materijale sa slabom otpornošću na koroziju, koji mogu pokazivati strukturu poput saća pod dugotrajnom-kavitacijom.
(3) Stvaraju vibracije i buku
U trenutku kada se mjehurić kondenzira, skuplja i pukne, tekućina oko mjehurića velikom brzinom ispunjava prazninu (nastalu kondenzacijom i pucanjem mjehurića), stvarajući pulsacije tlaka i time pobuđujući vibracije i buku. Frekvencija kavitacijske buke općenito je između 10 kHz i 100 kHz, dok je frekvencija kavitacijske buke uzrokovane refluksom i pulsiranjem tlaka oko nekoliko stotina Hz, što ljudsko uho čini posebno osjetljivim. U isto vrijeme, kavitacija također može stimulirati vibracije, a glavna frekvencija vibracija generiranih kavitacijom općenito je oko 1 kHz.
Kavitaciju ne karakteriziraju samo visoke razine buke, već i pokazatelji vibracija kao što su nedovoljna krutost baze pumpe i loša potpora cjevovoda, što može uzrokovati strukturnu rezonanciju; Nakon ugradnje crpke, baza je ispunjena betonom, a potporna krutost cjevovoda je dovoljna, što općenito ne uzrokuje jake vibracijske pojave. Međutim, putem mjerenja vibracija na tijelu pumpe, visoko{1}}frekventna komponenta frekvencije vibracije koju stvara kavitacija je dominantna, a vrijednost ubrzanja vibracije veća je od pomaka vibracije i brzine vibracije.
3. Uobičajene mjere za poboljšanje učinka kavitacije
(1) Mjere za poboljšanje antikavitacijskih performansi samih centrifugalnih pumpi
1) Poboljšajte dizajn usisnog otvora crpke
Brušenjem impelera može se povećati protokna površina;
Povećajte radijus zakrivljenosti ulaznog dijela pokrovne ploče rotora kako biste smanjili brzo ubrzanje i pad tlaka protoka tekućine;
Smanjite debljinu ulaza oštrice na odgovarajući način i zaokružite ulaz oštrice (ispolirajte glavu oštrice, naoštrite je kako biste smanjili gubitak ulaza od udarca i smanjili osjetljivost ulaznog kuta, a potrebno dopuštenje za kavitaciju može se smanjiti za oko 0,5 metara), čineći ga blizu aerodinamičnog oblika, a također smanjujući ubrzanje i pad tlaka oko glave noža;
Poboljšajte glatkoću površine impelera i ulaza lopatica kako biste smanjili gubitak otpora;
Proširite ulazni rub lopatice prema ulazu rotora kako biste omogućili da protok tekućine unaprijed radi i poveća tlak.
2) Dodajte prednji indukcijski kotač
Neka protok tekućine radi unaprijed u prednjem indukcijskom kotaču kako bi se povećao tlak protoka tekućine (ova shema zahtijeva strukturne promjene i ponovno kalibriranje različitih parametara dizajna).
3) Usvajanje dvostrukog usisnog rotora
Povećajte ulaznu površinu impelera i smanjite brzinu protoka ulazne tekućine (smanjenje brzine protoka i povećanje tlaka).
4) Korištenje malo većeg pozitivnog napadnog kuta
Kako biste povećali ulazni kut lopatice, smanjite savijanje na ulazu lopatice, smanjite blokadu lopatice i tako povećajte ulaznu površinu;
Poboljšajte radne uvjete u uvjetima visokog protoka kako biste smanjili gubitke protoka. Ali pozitivni napadni kut ne bi trebao biti prevelik, inače će utjecati na učinkovitost.
5) Korištenje-pumpe niske brzine
Što je manja brzina vrtnje, manji je NPSHr.
6) Korištenje materijala protiv kavitacije
Praksa je pokazala da što je materijal veći, njegova kemijska stabilnost i veća otpornost na kavitaciju, što je veća čvrstoća, tvrdoća i žilavost.
(2) Mjere za povećanje dopuštenja kavitacije uređaja
1) Povećajte tlak razine tekućine u spremniku prije pumpe kako biste poboljšali efektivnu dopuštenu kavitaciju.
2) Smanjite visinu ugradnje crpke u usisni uređaj, posebno kod transporta tople vode kao medija, i uzmite u obzir odnos između visine usisavanja i temperature medija.
3) Zamijenite usisni uređaj s povratnim uređajem.
4) Smanjite gubitak protoka u usisnom cjevovodu prije pumpe. Ako je moguće, skratite cjevovod unutar potrebnog raspona, koristite odgovarajući promjer usisnog cjevovoda i područje filtracije filtera (ako postoji) kako biste smanjili protok u cjevovodu, smanjili broj zavoja i ventila i povećali otvor ventila što je više moguće.
5) Ako je kavitacija u razmaku ozbiljna, može se usvojiti metoda bušenja rupa za ravnotežu na rotoru kako bi se smanjila brzina protoka curenja i ublažio stupanj kavitacije. Rupe za ravnotežu na lopaticama imaju destruktivan i ometajući učinak na protok ubrizgane tekućine na ulazu rotora. Područje rupa za ravnotežu ne smije biti manje od 5 puta veće od površine zazora brtvenog prstena kako bi se smanjila brzina protoka curenja, čime bi se smanjio utjecaj na glavni protok tekućine i poboljšala antikavitacijska sposobnost pumpe.
6) Iskustvo je pokazalo da, počevši od mehanizma kavitacije, dodavanje odgovarajuće količine plina u usisni priključak može poremetiti uvjete za pojavu kavitacije. Međutim, korištenje nadopune zraka za sprječavanje kavitacije pumpe je visoko tehnička stvar i samo s odgovarajućim volumenom nadopunjavanja zraka, mjestom i metodom mogu se postići dobri rezultati. U protivnom će uzrokovati značajno smanjenje protoka, visine i učinkovitosti crpke, pa čak i dovesti do prekida protoka i štetnih posljedica tijekom rada.
S obzirom na poteškoće u kontroli odgovarajuće količine dovoda zraka i točnog mjerenja, u kombinaciji s autorovom praksom, preporučuje se korištenje igličastog ventila koji može prilagoditi protok za ventil za dovod zraka. Tijekom -podešavanja na licu mjesta, buka kavitacije može se koristiti za razlikovanje: prilagodite usisni volumen kroz igličasti ventil dok se buka kavitacije ne smanji na najmanju moguću mjeru (neki sustavi mogu u potpunosti eliminirati buku, ali neki sustavi mogu samo smanjiti buku kavitacije, ne mogu je potpuno eliminirati), zatim malo namjestiti igličasti ventil unatrag da se smanji usisni volumen, promatrati rad neko vrijeme dok se ne pojave abnormalnosti u radu pod različitim određenim radnim uvjetima, a zatim zaključati otvaranje igličastog ventila. Ovom metodom zvuk se nikada ne smije spustiti na najnižu razinu! Ako je ulazni tlak pozitivan kada pumpa prestane raditi, potrebno je ugraditi povratni ventil kako bi se spriječilo curenje.
7) Istraživanja su otkrila da kada medij sadrži hlapljive plinove i čvrste čestice kao što je pijesak, učinak kavitacije crpke će se smanjiti. Kako bi se osiguralo da crpka ne doživi kavitaciju, usisnu visinu crpke treba smanjiti za najmanje 4,2 metra od izračunate visine čiste vode. Na to vrijedi obratiti pozornost u komunalnoj industriji.