Кавитация — это вредное состояние, которое часто возникает в центробежных насосных агрегатах. Кавитация может снизить эффективность насоса, вызвать вибрацию и шум и привести к серьезному повреждению рабочего колеса насоса, корпуса насоса, вала и других внутренних деталей. Кавитация возникает, когда давление жидкости в насосе падает ниже давления испарения, в результате чего в области низкого давления образуются пузырьки пара. Эти пузырьки пара схлопываются или «взрываются» с силой, когда попадают в область высокого давления. Это может вызвать механические повреждения внутри насоса, создать слабые места, подверженные эрозии и коррозии, и ухудшить производительность насоса.

Понимание и реализация стратегий по снижению кавитации имеют решающее значение для поддержания эксплуатационной целостности и срока службы  насосов с разъемным корпусом.

Типы кавитации в насосах

Чтобы уменьшить или предотвратить кавитацию в насосе, важно понимать различные типы кавитации, которые могут возникнуть. К этим типам относятся:

1. Испарительная кавитация. Также известная как «классическая кавитация» или «кавитация с положительным напором всасывания (NPSHa)», это наиболее распространенный тип кавитации. Насосы с разъемным корпусом увеличивают скорость жидкости, когда она проходит через всасывающее отверстие рабочего колеса. Увеличение скорости эквивалентно снижению давления жидкости. Снижение давления может привести к тому, что часть жидкости закипит (испарится) и образует пузырьки пара, которые будут резко разрушаться и создавать крошечные ударные волны, когда они достигнут области высокого давления.

2. Турбулентная кавитация. Такие компоненты, как колена, клапаны, фильтры и т. д. в системе трубопроводов, могут не подходить для количества или характера перекачиваемой жидкости, что может вызвать завихрения, турбулентность и перепады давления по всей жидкости. Когда эти явления происходят на входе в насос, они могут напрямую разъедать внутреннюю часть насоса или вызывать испарение жидкости.

3. Кавитация из-за синдрома лопасти. Также известный как «синдром прохода лопасти», этот тип кавитации возникает, когда диаметр рабочего колеса слишком большой или внутреннее покрытие корпуса насоса слишком толстое/внутренний диаметр корпуса насоса слишком мал. Любое или оба этих условия уменьшат пространство (зазор) внутри корпуса насоса до уровня ниже приемлемого. Уменьшение зазора внутри корпуса насоса приводит к увеличению скорости потока жидкости, что приводит к снижению давления. Снижение давления может привести к испарению жидкости, создавая кавитационные пузырьки.

4. Внутренняя рециркуляционная кавитация. Когда насос с центральным разделением не может выбрасывать жидкость с требуемой скоростью потока, он заставляет часть или всю жидкость рециркулировать вокруг рабочего колеса. Рециркулирующая жидкость проходит через области низкого и высокого давления, что генерирует тепло, высокую скорость и образует пузырьки испарения. Распространенной причиной внутренней рециркуляции является работа насоса с закрытым выпускным клапаном насоса (или с низким расходом).

5. Кавитация из-за попадания воздуха. Воздух может попасть в насос через неисправный клапан или неплотно прилегающую арматуру. Попав внутрь насоса, воздух перемещается вместе с жидкостью. Движение жидкости и воздуха может образовывать пузырьки, которые «взрываются» при воздействии повышенного давления рабочего колеса насоса.

Факторы, способствующие кавитации — NPSH, NPSHa и NPSHr

NPSH является ключевым фактором предотвращения кавитации в насосах с разъемным корпусом. NPSH — это разница между фактическим давлением всасывания и давлением паров жидкости, измеренным на входе насоса. Значения NPSH должны быть высокими, чтобы предотвратить испарение жидкости внутри насоса.

NPSHa — это фактический NPSH в рабочих условиях насоса. Требуемый чистый положительный напор всасывания (NPSHr) — это минимальный NPSH, указанный производителем насоса для предотвращения кавитации. NPSHa является функцией всасывающего трубопровода, установки и рабочих деталей насоса. NPSHr является функцией конструкции насоса, и его значение определяется путем испытания насоса. NPSHr представляет собой доступный напор в условиях испытания и обычно измеряется как 3%-ное падение напора насоса (или напора рабочего колеса первой ступени для многоступенчатых насосов) для обнаружения кавитации. NPSHa всегда должен быть больше NPSHr, чтобы избежать кавитации.

Стратегии снижения кавитации - увеличение NPSHa для предотвращения кавитации

Обеспечение того, чтобы NPSHa был больше NPSHr, имеет решающее значение для предотвращения кавитации. Этого можно добиться следующими способами:

1. Уменьшение высоты насоса с разъемным корпусом относительно всасывающего резервуара/отстойника. Уровень жидкости во всасывающем резервуаре/отстойнике можно увеличить или установить насос ниже. Это увеличит NPSHa на входе насоса.

2. Увеличить диаметр всасывающего трубопровода. Это снизит скорость жидкости при постоянном расходе, тем самым уменьшив потери напора в трубопроводах и фитингах.

3. Уменьшите потери напора в фитингах. Уменьшите количество соединений в линии всасывания насоса. Используйте фитинги, такие как колена с большим радиусом, полнопроходные клапаны и конические редукторы, чтобы помочь уменьшить потери напора всасывания из-за фитингов.

4. По возможности избегайте установки сеток и фильтров на линии всасывания насоса, так как они часто вызывают кавитацию в центробежных насосах. Если этого невозможно избежать, убедитесь, что сетки и фильтры на линии всасывания насоса регулярно проверяются и очищаются.

5. Охлаждайте перекачиваемую жидкость, чтобы снизить давление ее паров.

Понимание запаса NPSH для предотвращения кавитации

Запас NPSH — это разница между NPSHa и NPSHr. Больший запас NPSH снижает риск кавитации, поскольку обеспечивает запас прочности для предотвращения падения NPSHa ниже нормальных рабочих уровней из-за колебаний рабочих условий. Факторы, влияющие на запас NPSH, включают характеристики жидкости, скорость насоса и условия всасывания.

Поддержание минимального расхода насоса

Обеспечение работы центробежного насоса выше указанного минимального расхода имеет решающее значение для снижения кавитации. Эксплуатация насоса с разделенным корпусом ниже его оптимального диапазона расхода (допустимой рабочей области) увеличивает вероятность создания области низкого давления, которая может вызвать кавитацию.

Соображения относительно конструкции рабочего колеса для снижения кавитации

Конструкция рабочего колеса играет важную роль в том, склонен ли центробежный насос к кавитации. Более крупные рабочие колеса с меньшим количеством лопастей, как правило, обеспечивают меньшее ускорение жидкости, что снижает риск кавитации. Кроме того, рабочие колеса с большим диаметром входного отверстия или коническими лопастями помогают более плавно управлять потоком жидкости, сводя к минимуму турбулентность и образование пузырьков. Использование материалов, устойчивых к кавитационному повреждению, может продлить срок службы рабочего колеса и насоса.

Использование антикавитационных устройств

Антикавитационные устройства, такие как принадлежности для кондиционирования потока или футеровки для подавления кавитации, эффективны для смягчения кавитации. Эти устройства работают, контролируя динамику жидкости вокруг рабочего колеса, обеспечивая более устойчивый поток и уменьшая турбулентность и области низкого давления, которые вызывают кавитацию.

Важность правильного размера насоса для предотвращения кавитации

Выбор правильного типа насоса и указание правильного размера для конкретного применения имеют решающее значение для предотвращения кавитации. Насос слишком большого размера может работать не так эффективно при более низких расходах, что приводит к повышенному риску кавитации, в то время как насосу меньшего размера может потребоваться больше работы для удовлетворения требований к потоку, что также увеличивает вероятность кавитации. Правильный выбор насоса включает в себя подробный анализ максимальных, нормальных и минимальных требований к расходу, характеристик жидкости и компоновки системы, чтобы гарантировать работу насоса в указанном рабочем диапазоне. Точный выбор размера предотвращает кавитацию и повышает эффективность и надежность насоса на протяжении всего его жизненного цикла.