Кавитацията е често срещан проблем по време на работа на центробежни помпи, който може да причини увеличаване на вибрациите и шума на помпата, намаляване на производителността и сериозни повреди на компонентите.
Тази статия не изследва професионалните теоретични знания за кавитацията, а само се опитва да използва относително прост език, за да предостави подробно въведение в няколко често срещани типа кавитация в центробежните помпи, опасностите от кавитация и често използвани мерки за подобряване на кавитацията на място.
1. Видове кавитация
От мястото на възникване кавитацията може да бъде разделена на кавитация на острието, кавитация на празнина, груба кавитация, кавитация на кухина и кавитация на обратен поток.
(1) Листна кавитация
Когато възникне кавитация, образуването и пукането на мехурчета се появяват главно върху предната и задната част на лопатките, известно още като кавитация на аерофила, което е основната форма на кавитация в центробежните помпи. Когато помпата е монтирана твърде високо, дори ако помпата работи при проектни условия, има вероятност да се появи зона с ниско{1}}налягане на гърба на входа и изхода на лопатката:
1) Когато помпата работи при условия на висок поток, се появяват разделяне на потока и завихряния на предния ръб на лопатките, създавайки отрицателно налягане, което може да причини кавитация в предната част на лопатките.
2) Когато помпата работи при условия на нисък поток, на гърба на лопатките се генерират вихри, създаващи зона с ниско-налягане и причиняващи кавитация на гърба на лопатките.
(2) Кавитация на междината
Отнася се до кавитацията, образувана, когато течността тече през тесен канал или междина, причинявайки локално увеличаване на скоростта на потока и намаляване на налягането до налягането на изпаряване на компонентите на потока.
В междината между устойчивия на износване пръстен на корпуса на центробежната помпа и външния ръб (покриващата плоча) на работното колело, под разликата в налягането (особено голяма разлика в налягането) от двете страни на входа и изхода на работното колело, течността от страната на изхода тече обратно с висока скорост, причинявайки локален спад на налягането и кавитация
В малката междина между външния ръб на лопатките на помпата с аксиален поток и корпуса на помпата, под действието на разликата в налягането между предната и задната част на лопатките, високата скорост на обратния поток на течността в междината може също да причини локален спад на налягането, което води до кавитация на съответния външен ръб на лопатките в корпуса на помпата и образуване на пчелна пита и кавитационна зона с грапава повърхност във външния ръб на помпата. работно колело и лопатки.
(3) Груба кавитация
Грубата кавитация се отнася до генерирането на вихри след издатините, когато течността тече през неравната повърхност на компонентите на грубия поток вътре в корпуса на помпата, причинявайки локален спад на налягането и водещ до кавитация.
По време на отливането и обработката на компонентите на потока на помпата неравностите по повърхността, пясъчните отвори, въздушните отвори и т.н. могат да причинят внезапни промени в състоянието на локалния поток и да доведат до кавитация.
(4) Кавитация в кухината
Кавитацията в кухина се отнася до образуването на спирална вихрова лента в смукателната камера на входа на помпата поради лоши условия на входа на вода или недостатъчна дълбочина на потапяне. Когато централното налягане на вихровия пояс намалее до налягането на изпаряване, ще възникне и кавитация, придружена от силни вибрации.
(5) Рефлуксна кавитация
Най-общо казано, предпоставката за кавитация е NPSHa
Когато дебитът на помпата е твърде нисък или входното налягане е твърде високо, възниква обратен поток. Когато дебитът на изпомпване е твърде нисък, възниква вътрешен обратен хладник на входа на работното колело; Когато входното налягане на помпата е твърде високо, възниква вътрешен обратен хладник на изхода на работното колело. Вътрешният обратен хладник причинява увеличаване на скоростта на потока на течността, докато изпарението произведе мехурчета, които след това се разкъсват при по-високо околно налягане. Когато на смукателния порт възникне вътрешен обратен поток, около смукателния порт на помпата ще се издаде необичаен пукащ шум, придружен от детонационен звук с висок-интензитет.
Рефлуксната кавитация обикновено може да се подобри чрез следните методи:
1) Увеличете изходящия дебит на помпата.
2) Инсталирайте байпас между входа и изхода на помпата (този метод е труден за приемане от клиентите при практически приложения).
3) Оптимизирайте структурата на работното колело (намалете входната площ на работното колело).
2. Опасностите от кавитация
(1) Влошаване на производителността, повреда на тръбопровода
Кавитацията може значително да намали производителността на помпата. Обикновено при центробежните помпи, когато входното налягане падне до определена степен, тяхната производителност ще намалее рязко, което е известно също като кавитационно счупване. Кавитацията може също да причини нестабилност във флуида, което може да доведе до колебания в потока и налягането. С помощта на тези трептения може да причини повреда на помпата и нейните входящи и изходящи тръбопроводи.
(2) Сериозна повреда на свръхтоковите компоненти на помпата
Кавитацията може да причини повреда на повърхността на компонентите. Когато мехурчетата се пукат, заобикалящата течност генерира изключително високо налягане при удар (върхово налягане) до 49 MPa. Когато хидравличната якост на кавитацията надхвърли способността на материала да устои на това въздействие, това може да доведе до локално разрушаване на материала на стената от умора и отделяне на повърхностния материал. Кавитацията възниква едновременно с химическата и електрохимичната корозия. Размерът на вдлъбнатините, генерирани от корозия и пластична деформация на материали в ранния етап на кавитация, е около 10 μ m до 50 μ m, особено за някои материали със слаба устойчивост на корозия, които могат да проявяват структури, подобни на пчелна пита при дългосрочна- кавитация.
(3) Генериране на вибрации и шум
В момента, когато мехурът се кондензира, свие и разкъса, течността около мехура запълва празнината с висока скорост (образувана от кондензацията и разкъсването на мехура), генерирайки пулсации на налягането и по този начин възбуждащи вибрации и шум. Честотата на кавитационния шум обикновено е между 10 kHz и 100 kHz, докато честотата на кавитационния шум, причинен от обратен хладник и пулсации на налягането, е около няколкостотин Hz, което прави човешкото ухо особено чувствително. В същото време кавитацията може също да стимулира вибрации, а основната честота на вибрациите, генерирани от кавитация, обикновено е около 1 kHz.
Кавитацията се характеризира не само с високи нива на шум, но и с индикатори за вибрации като недостатъчна твърдост на основата на помпата и лоша опора на тръбопровода, което може да причини структурен резонанс; След монтажа на помпата основата се запълва с бетон и опорната твърдост на тръбопровода е достатъчна, което обикновено не причинява силни вибрационни явления. Въпреки това, чрез измерване на вибрациите на тялото на помпата, високо-честотният компонент на честотата на вибрациите, генерирана от кавитация, е доминиращ и стойността на ускорението на вибрацията е по-висока от вибрационното изместване и скоростта на вибрацията.
3. Общи мерки за подобряване на ефективността на кавитацията
(1) Мерки за подобряване на антикавитационните характеристики на самите центробежни помпи
1) Подобрете дизайна на смукателния порт на помпата
Чрез смилане на работното колело може да се увеличи площта на потока;
Увеличете радиуса на кривината на входната секция на покриващата плоча на работното колело, за да намалите бързото ускорение и спада на налягането на потока течност;
Намалете дебелината на входа на острието по подходящ начин и го закръглете (полирайте главата на острието, наточете го, за да намалите загубата на удар на входа и да намалите чувствителността на входния ъгъл, а необходимата кавитационна квота може да бъде намалена с около 0,5 метра), което го прави близо до рационализирана форма и също така намалява ускорението и спада на налягането около главата на острието;
Подобрете гладкостта на повърхността на работното колело и входа на лопатката, за да намалите загубата на съпротивление;
Разширете входния ръб на лопатката към входа на работното колело, за да позволите на потока течност да работи предварително и да увеличи налягането.
2) Добавете предно индукционно колело
Накарайте течния поток да работи предварително в предното индукционно колело, за да увеличи налягането на течния поток (тази схема изисква структурни промени и повторно калибриране на различни конструктивни параметри).
3) Приемане на работно колело с двойно засмукване
Увеличете входящата площ на работното колело и намалете дебита на входящата течност (намаляване на дебита и увеличаване на налягането).
4) Използване на малко по-голям положителен ъгъл на атака
За да увеличите ъгъла на входа на острието, намалете огъването на входа на острието, минимизирайте блокирането на острието и по този начин увеличете входната площ;
Подобрете работните условия при условия на висок поток, за да намалите загубите на поток. Но положителният ъгъл на атака не трябва да бъде твърде голям, в противен случай това ще повлияе на ефективността.
5) Използване на ниско{1}}скоростна помпа
Колкото по-ниска е скоростта на въртене, толкова по-малък е NPSHr.
6) Използване на антикавитационни материали
Практиката е доказала, че колкото по-високи са якостта, твърдостта и издръжливостта на даден материал, толкова по-добра е неговата химическа стабилност и толкова по-голяма е устойчивостта му на кавитация.
(2) Мерки за увеличаване на допустимата кавитация на устройството
1) Увеличете налягането на нивото на течността в резервоара за съхранение преди помпата, за да подобрите ефективната допустима кавитация.
2) Намалете височината на монтаж на помпата в смукателното устройство, особено когато пренасяте гореща вода като среда, и вземете предвид връзката между височината на засмукване и температурата на средата.
3) Сменете смукателното устройство с устройство за обратен поток.
4) Намалете загубата на поток в смукателния тръбопровод преди помпата. Ако е възможно, скъсете тръбопровода в рамките на необходимия диапазон, използвайте подходящ диаметър на смукателния тръбопровод и зона за филтриране на филтъра (ако има такъв), за да намалите скоростта на потока в тръбопровода, да намалите броя на завоите и клапаните и да увеличите отварянето на клапана колкото е възможно повече.
5) Ако кавитацията на междината е сериозна, може да се използва методът за пробиване на балансиращи отвори на работното колело, за да се намали скоростта на потока на изтичане и да се намали степента на кавитация. Балансиращите отвори на лопатките имат разрушителен и смущаващ ефект върху инжектирания поток течност на входа на работното колело. Площта на балансиращите отвори не трябва да бъде по-малка от 5 пъти хлабината на уплътнителния пръстен, за да се намали скоростта на изтичане на потока, като по този начин се намали въздействието върху основния поток на течността и се подобри антикавитационната способност на помпата.
6) Опитът показва, че като се започне от механизма на кавитация, добавянето на подходящо количество газ към смукателния порт може да наруши условията за възникване на кавитация. Използването на попълване с въздух за предотвратяване на кавитация на помпата обаче е изключително техническо и само с подходящ обем, местоположение и метод на попълване на въздух могат да се постигнат добри резултати. В противен случай това ще доведе до значително намаляване на дебита, напора и ефективността на помпата и дори ще доведе до прекъсване на потока и неблагоприятни последици по време на работа.
Като се има предвид трудността при контролиране на подходящото количество подаване на въздух и точно измерване, съчетано с практиката на автора, се препоръчва използването на иглена клапа, която може да регулира скоростта на потока за вентила за подаване на въздух. По време на -регулирането на място шумът от кавитация може да се използва за разграничаване: регулиране на входящия обем през игления клапан, докато шумът от кавитация бъде сведен до минимум (някои системи могат напълно да елиминират шума, но някои системи могат само да намалят шума от кавитация, но не и да го премахнат напълно), след това регулирайте игления клапан малко назад, за да намалите входящия обем, наблюдавайте работата за определен период от време, докато не се появят аномалии в работата при различни определени работни условия, и след това блокирайте отваряне на иглената клапа. Този метод никога не трябва да намалява звука до най-ниското ниво! Ако входното налягане е положително, когато помпата спре да работи, трябва да се монтира възвратен клапан, за да се предотврати изтичане.
7) Изследванията са установили, че когато средата съдържа летливи газове и твърди частици като пясък, кавитационната производителност на помпата ще намалее. За да се гарантира, че помпата не изпитва кавитация, височината на засмукване на помпата трябва да бъде намалена с поне 4,2 метра от изчислената височина на чистата вода. Това си струва да се обърне внимание в общинската индустрия.