Кавітація є поширеною проблемою під час роботи відцентрових насосів, яка може спричинити збільшення вібрації та шуму насоса, зниження продуктивності та серйозне пошкодження компонентів.
Ця стаття не досліджує професійні теоретичні знання про кавітацію, а лише намагається використати відносно просту мову, щоб надати детальний вступ до кількох поширених типів кавітації у відцентрових насосах, небезпеки кавітації та загальновживаних заходів для покращення кавітації на місці.
1. Види кавітації
За місцем виникнення кавітацію можна розділити на лопаткову кавітацію, щілинну кавітацію, грубу кавітацію, порожнинну кавітацію та кавітацію зворотного потоку.
(1) Позакоренева кавітація
Коли виникає кавітація, утворення та лопання бульбашок в основному відбувається на передній і задній сторонах лопатей, також відоме як кавітація крила, яка є основною формою кавітації у відцентрових насосах. Якщо насос встановлено надто високо, навіть якщо він працює за проектних умов, на задній частині входу та виходу лопаті може утворитися зона низького{1}}тиску:
1) Коли насос працює в умовах великого потоку, на передній кромці лопатей виникають розділення потоку та завихрення, створюючи негативний тиск, який може викликати кавітацію на передній частині лопатей.
2) Коли насос працює в умовах низького потоку, на задній частині лопатей утворюються завихрення, створюючи зону низького-тиску та викликаючи кавітацію на задній частині лопатей.
(2) Кавітація зазору
Це стосується кавітації, яка утворюється, коли рідина тече через вузький канал або щілину, спричиняючи локальне збільшення швидкості потоку та зниження тиску до тиску випаровування компонентів потоку.
У зазорі між зносостійким кільцем корпусу відцентрового насоса та зовнішнім краєм (кришкою) робочого колеса під впливом різниці тиску (особливо великої різниці тиску) з обох боків входу та виходу робочого колеса рідина з боку випуску тече назад із високою швидкістю, спричиняючи локальне падіння тиску та кавітацію
У невеликому зазорі між зовнішнім краєм лопатей насоса з осьовим потоком і корпусом насоса під дією різниці тиску між передньою та задньою сторонами лопатей висока швидкість зворотного потоку рідини в зазорі також може спричинити локальне падіння тиску, що призводить до кавітації на відповідному зовнішньому краю лопатей у корпусі насоса та утворення стільника та зони кавітації шорсткої поверхні на зовнішньому краю насоса. робоче колесо і лопаті.
(3) Груба кавітація
Груба кавітація означає утворення завихрень за виступами, коли рідина протікає крізь нерівну поверхню компонентів шорсткого потоку всередині корпусу насоса, що спричиняє локальне падіння тиску та призводить до кавітації.
Під час лиття та обробки компонентів потоку насоса нерівності поверхні, отвори для піску, повітряні отвори тощо можуть спричинити раптові зміни стану місцевого потоку та призвести до кавітації.
(4) Кавітація порожнини
Кавітація в порожнині означає утворення спіральної вихрової смуги у всмоктувальній камері на вході насоса через погані умови входу води або недостатню глибину занурення. Коли центральний тиск вихрового поясу зменшується до тиску випаровування, також виникає кавітація, що супроводжується сильною вібрацією.
(5) Рефлюксна кавітація
Загалом, необхідною умовою кавітації є NPSHa
Коли швидкість потоку насоса занадто низька або тиск на вході занадто високий, виникає зворотний потік. Коли швидкість потоку насоса занадто низька, на вході робочого колеса виникає внутрішній рефлюкс; Коли тиск на вході насоса занадто високий, на виході з робочого колеса виникає внутрішній рефлюкс. Внутрішній рефлюкс спричиняє збільшення швидкості потоку рідини, поки випаровування не утворює бульбашок, які потім розриваються під високим навколишнім тиском. Коли у всмоктуючому отворі виникає внутрішній зворотний потік, навколо всмоктувального отвору насоса буде видаватись нерівномірний потріскування, що супроводжуватиметься високо-інтенсивним детонаційним звуком.
Загалом рефлюксну кавітацію можна покращити за допомогою таких методів:
1) Збільште продуктивність насоса.
2) Встановіть байпас між входом і виходом насоса (цей метод важко прийняти клієнтам на практиці).
3) Оптимізувати структуру робочого колеса (зменшити вхідну площу робочого колеса).
2. Небезпека кавітації
(1) Зниження продуктивності, пошкодження трубопроводу
Кавітація може значно знизити продуктивність насоса. Зазвичай для відцентрових насосів, коли тиск на вході падає до певної межі, їх продуктивність різко знижується, що також відомо як кавітаційний руйнування. Кавітація також може спричинити нестабільність рідини, що може призвести до коливань потоку та тиску. За допомогою цих коливань це може призвести до пошкодження насоса та його вхідних і вихідних трубопроводів.
(2) Серйозне пошкодження надструмових компонентів насоса
Кавітація може спричинити пошкодження поверхні компонентів. Коли бульбашки лопаються, навколишня рідина створює надзвичайно високий ударний тиск (піковий тиск) до 49 МПа. Коли гідравлічна міцність кавітації перевищує здатність матеріалу протистояти цьому впливу, це може призвести до локального втомного руйнування матеріалу стінки та відшарування матеріалу поверхні. Кавітація виникає одночасно з хімічною та електрохімічною корозією. Розмір ямок, утворених корозією та пластичною деформацією матеріалів на ранній стадії кавітації, становить приблизно від 10 мкм до 50 мкм, особливо для деяких матеріалів із низькою корозійною стійкістю, які під час тривалої-кавітації можуть мати стільникові структури.
(3) Створюють вібрацію та шум
У момент, коли бульбашка конденсується, стискається і розривається, рідина навколо бульбашки заповнює порожнечу з високою швидкістю (утворюється в результаті конденсації та розриву бульбашки), створюючи пульсації тиску і, таким чином, викликаючи вібрацію та шум. Частота кавітаційного шуму зазвичай становить від 10 кГц до 100 кГц, тоді як частота кавітаційного шуму, викликаного рефлюксом і пульсацією тиску, становить близько кількох сотень Гц, що робить людське вухо особливо чутливим. У той же час кавітація також може стимулювати вібрацію, і основна частота вібрації, створюваної кавітацією, зазвичай становить близько 1 кГц.
Кавітація характеризується не тільки високим рівнем шуму, але й показниками вібрації, такими як недостатня жорсткість основи насоса та погана опора трубопроводу, що може спричинити структурний резонанс; Після установки насоса основа заливається бетоном, а опорна жорсткість трубопроводу достатня, що, як правило, не викликає сильних явищ вібрації. Однак за допомогою вимірювання вібрації на корпусі насоса високо{1}}частотний компонент частоти вібрації, створюваної кавітацією, є домінуючим, а значення прискорення вібрації вище, ніж вібропереміщення та швидкість вібрації.
3. Загальні заходи щодо покращення ефективності кавітації
(1) Заходи щодо покращення антикавітаційних характеристик самих відцентрових насосів
1) Удосконалити конструкцію всмоктувального отвору насоса
Шліфуючи робоче колесо, можна збільшити площу потоку;
Збільште радіус кривизни вхідної секції кришки робочого колеса, щоб зменшити швидке прискорення та падіння тиску потоку рідини;
Зменште належним чином товщину вхідного отвору леза та округліть вхідний отвір леза (відшліфуйте головку леза, заточіть її, щоб зменшити втрату удару вхідного отвору та зменшити чутливість кута вхідного отвору, а також необхідний припуск на кавітацію можна зменшити приблизно на 0,5 метра), зробивши її схожою на обтічну форму, а також зменшивши прискорення та перепад тиску навколо головки леза;
Поліпшити гладкість поверхні робочого колеса та входу лопаті, щоб зменшити втрату опору;
Витягніть край вхідного отвору лопаті до вхідного отвору крильчатки, щоб дозволити потоку рідини працювати заздалегідь і збільшити тиск.
2) Додайте переднє індукційне колесо
Заздалегідь змусьте потік рідини виконувати роботу в передньому індукційному колесі, щоб збільшити тиск потоку рідини (ця схема вимагає структурних змін і повторного калібрування різних конструктивних параметрів).
3) Прийняття робочого колеса подвійного всмоктування
Збільште вхідну площу робочого колеса та зменшіть швидкість потоку рідини на вході (зменшення швидкості потоку та підвищення тиску).
4) Використання трохи більшого позитивного кута атаки
Щоб збільшити кут входу леза, зменшіть вигин на вході леза, зведіть до мінімуму блокування леза та, таким чином, збільште площу входу;
Покращте умови роботи в умовах високого потоку, щоб зменшити втрати потоку. Але позитивний кут атаки не повинен бути занадто великим, інакше це позначиться на ефективності.
5) Використання-низькошвидкісного насоса
Чим менше швидкість обертання, тим менше NPSHr.
6) Використання антикавітаційних матеріалів
Практика показала, що чим вище міцність, твердість і в'язкість матеріалу, тим краще його хімічна стійкість і тим сильніше стійкість до кавітації.
(2) Заходи щодо збільшення допуску на кавітацію пристрою
1) Збільште тиск рівня рідини в резервуарі перед насосом, щоб покращити ефективну кавітацію.
2) Зменшіть висоту установки насоса у всмоктувальному пристрої, особливо при подачі гарячої води як середовища, і враховуйте співвідношення між висотою всмоктування та температурою середовища.
3) Замініть всмоктувальний пристрій на зворотний.
4) Зменшити втрати потоку у всмоктуючому трубопроводі перед насосом. Якщо можливо, укоротіть трубопровід у межах необхідного діапазону, використовуйте відповідний діаметр всмоктувального трубопроводу та площу фільтрації фільтра (якщо є), щоб зменшити швидкість потоку в трубопроводі, зменшити кількість вигинів і клапанів, а також збільшити відкриття клапана, наскільки це можливо.
5) Якщо кавітація у зазорі сильна, можна застосувати метод свердління балансувальних отворів на робочому колесі, щоб зменшити швидкість потоку витоку та зменшити ступінь кавітації. Збалансувальні отвори на лопатях мають руйнівний і заважаючий вплив на потік рідини, що нагнітається на вході в робоче колесо. Площа балансувальних отворів не повинна бути меншою, ніж у 5 разів більше площі зазору ущільнювального кільця, щоб зменшити швидкість потоку витоку, тим самим зменшивши вплив на основний потік рідини та покращивши антикавітаційну здатність насоса.
6) Досвід показав, що, починаючи з механізму кавітації, додавання відповідної кількості газу до всмоктувального отвору може порушити умови для виникнення кавітації. Однак використання поповнення повітря для запобігання кавітації насоса є суто технічним, і лише за допомогою відповідного об’єму, місця та методу поповнення повітря можна досягти хороших результатів. В іншому випадку це призведе до значного зниження витрати, напору та ефективності насоса, а також призведе до переривання потоку та несприятливих наслідків під час роботи.
Враховуючи складність контролю відповідної кількості подачі повітря та точного вимірювання, у поєднанні з практикою автора, рекомендується використовувати голчастий клапан, який може регулювати швидкість потоку для клапана подачі повітря. Під час -регулювання на місці шум кавітації можна використовувати для розрізнення: відрегулюйте впускний об’єм через голчастий клапан, доки шум кавітації не буде мінімізований (деякі системи можуть повністю усунути шум, але деякі системи можуть лише зменшити шум кавітації, але не повністю його усунути), потім трохи відрегулювати голчастий клапан назад, щоб зменшити об’єм впуску, спостерігати за роботою протягом певного періоду часу, доки не зникнуть відхилення в роботі за різних заданих умов роботи, а потім заблокувати відкриття голчастого клапана. Цей метод ніколи не повинен знижувати звук до найнижчого рівня! Якщо тиск на вході позитивний, коли насос зупиняється, необхідно встановити зворотний клапан, щоб запобігти витоку.
7) Дослідження виявили, що коли середовище містить летючі гази та тверді частинки, такі як пісок, кавітаційна продуктивність насоса зменшиться. Щоб забезпечити відсутність кавітації в насосі, висоту всмоктування насоса слід зменшити принаймні на 4,2 метра від розрахункової висоти чистої води. На це варто звернути увагу в комунальному господарстві.