Что такое кавитация в насосе и как ее избежать

Вы когда-нибудь слышали, как насос издает странные звуки, или замечали снижение его производительности? Это могут быть признаки кавитации насоса.

Кавитация насоса возникает, когда пузырьки пара образуются и разрушаются внутри насоса, что приводит к повреждению и снижению эффективности.

Что такое давление пара

Давление пара — это давление, оказываемое паром, находящимся в термодинамическом равновесии со своими конденсированными фазами при данной температуре. Для жидкостей это указывает на склонность к испарению. Более высокое давление пара означает, что вещество более летучее.

Что такое кавитация насоса

Кавитация насоса — это явление, которое происходит, когда давление в жидкости падает ниже давления ее паров, вызывая образование пузырьков пара. Это обычно происходит в центробежные насосы и насосы объемного вытеснения. Когда эти пузырьки перемещаются в области более высокого давления, они резко лопаются, создавая ударные волны.

Виды кавитации в насосах

Испарительная кавитация

Испарительная кавитация, также известная как классическая кавитация, возникает, когда давление на входе насоса падает ниже давления паров жидкости. Это приводит к образованию пузырьков пара возле проушины крыльчатки. Когда эти пузырьки перемещаются в области более высокого давления, они резко разрушаются, что может привести к повреждению рабочего колеса и снижению эффективности насоса.

Турбулентная кавитация

Турбулентная кавитация возникает в результате возмущений потока на входе насоса. Острые изгибы, препятствия или неправильная конфигурация трубопроводов могут создавать вихри и области низкого давления, где образуются пузырьки пара. Этот тип кавитации часто возникает вблизи впускного отверстия насоса и может вызвать эрозию передних кромок рабочего колеса.

Лопастной синдром Кавитация

Кавитация при лопастном синдроме возникает, когда зазор между внешним диаметром рабочего колеса и водоотводом корпуса насоса слишком мал. Этот узкий зазор ускоряет поток жидкости, создавая зоны низкого давления, где образуются кавитационные пузырьки. Обычно это поражает кончики лопаток рабочего колеса и корпус насоса вблизи зоны нагнетания.

Внутренняя рециркуляционная кавитация

Кавитация внутренней рециркуляции возникает, когда насос работает с низким расходом, что далеко от точки его наилучшего КПД. Жидкость рециркулирует внутри насоса, создавая области низкого давления, где образуются кавитационные пузырьки. Этот тип может повредить как рабочее колесо, так и корпус насоса, особенно в областях между задним кожухом рабочего колеса и корпусом.

Аспирационная кавитация

Кавитация при аспирации воздуха возникает в результате попадания воздуха в насосную систему. Это может произойти из-за негерметичности всасывающего трубопровода, неправильной герметизации или завихрения во всасывающем резервуаре. Захваченный воздух образует пузырьки, которые разрушаются под воздействием более высокого давления внутри насоса, вызывая повреждения, аналогичные другим типам кавитации.

Распространенные причины кавитации насоса

Недостаточная положительная высота всасывания (NPSHa)

Недостаточный NPSHa является основной причиной кавитации насоса. Когда имеющаяся высота всасывания падает ниже необходимого уровня, в жидкости образуются пузырьки пара. Эти пузырьки схлопываются при попадании в зоны более высокого давления, вызывая повреждение крыльчатки насоса и других компонентов.

Проблемы с линией всасывания

Засоры, ограничения или чрезмерные потери на трение во всасывающей линии могут привести к кавитации. Эти проблемы снижают давление на входе насоса, потенциально опуская его ниже давления паров жидкости.

Летучие жидкости и давление паров

Перекачивание летучих жидкостей с давлением пара, близким к их давлению, увеличивает риск кавитации. Когда жидкость приближается к давлению паров, она становится более восприимчивой к образованию пузырьков.

Работа в точке наилучшей эффективности (BEP)

Работа центробежного насоса слишком далеко от потока BEP может вызвать кавитацию. Это часто происходит, когда насос работает при расходе значительно выше или ниже расчетного.

Вовлекаемый воздух или газ

Наличие вовлеченного воздуха или газа в перекачиваемой жидкости может привести к кавитационным эффектам. Эти газовые пузырьки могут схлопнуться и вызвать повреждения, подобные взрыву парового пузыря.

Признаки кавитации насоса

Физическое повреждение компонентов насоса

Кавитация вызывает сильную эрозию компонентов насоса. Рабочее колесо часто имеет точечную коррозию и потерю материала, из-за чего оно выглядит изношенным сверх своего фактического срока службы. Корпус насоса и уплотнения также могут иметь признаки повреждения из-за интенсивных ударных волн, создаваемых схлопывающимися пузырьками пара.

Ненормальный шум и вибрация

Чрезмерный шум и вибрация являются явными признаками кавитации. Звук напоминает гравий или шарики, циркулирующие в насосе. Уровень вибрации значительно возрастает, что потенциально может привести к смещению и дальнейшим механическим проблемам.

Снижение давления и расхода нагнетания

Существенное падение давления нагнетания и скорости потока указывает на кавитацию. Наличие пузырьков пара в жидкости снижает эффективность насоса, что приводит к снижению производительности. Этот эффект особенно заметен в центробежных насосах.

Частые неисправности уплотнений и подшипников

Кавитация ускоряет износ уплотнений и подшипников. Интенсивные ударные волны и вибрация вызывают преждевременный выход из строя этих компонентов.

Нестабильное энергопотребление

Неравномерное энергопотребление является еще одним индикатором кавитации. Ток двигателя и потребляемая мощность колеблются, поскольку насос пытается поддерживать производительность. Эта нестабильность может привести к увеличению потребления энергии и потенциальному повреждению двигателя.

Как предотвратить кавитацию в насосе

Правильный выбор насоса с достаточным запасом NPSHA

• Убедитесь, что насос имеет достаточный запас чистого положительного напора на всасывании (NPSHA) выше требуемого NPSH.
• Ознакомьтесь с кривыми производительности и рекомендациями производителей насосов, чтобы выбрать насос, который будет эффективно работать в пределах предполагаемого диапазона применения.
• При выборе учитывайте такие факторы, как скорость потока, давление напора и свойства жидкости.

Оптимизация конструкции системы

• Увеличьте диаметр всасывающей трубы, чтобы уменьшить скорость жидкости и падение давления.
• Минимизируйте количество фитингов и клапанов на всасывающей линии, чтобы уменьшить потери на трение.
• Устраните выступы трубопроводов, в которых может задерживаться пар.
• Обеспечьте достаточное погружение источника всасывания во избежание завихрения и захвата воздуха.
• Правильная конструкция трубопроводов с постепенными переходами и плавными путями потока помогает поддерживать ламинарный поток и равномерное распределение давления.

Эксплуатация насосов близка к их BEP

• Запускайте центробежные насосы вблизи точки наилучшей эффективности (BEP) и в пределах допустимого рабочего диапазона, указанного производителем.
• Избегайте работы слишком далеко вправо по кривой насоса, это может увеличить требуемый NPSH.
• При необходимости используйте приводы с регулируемой скоростью, чтобы согласовать производительность насоса с требованиями системы, сохраняя при этом оптимальную эффективность.

Поддержание достаточного давления всасывания и низкой температуры жидкости

• Поддерживайте давление всасывания выше давления паров жидкости с достаточным запасом прочности.
• При необходимости рассмотрите возможность использования подкачивающих насосов или поднятия источника всасывания.
• Контролируйте температуру жидкости, поскольку более высокие температуры увеличивают давление пара и риск кавитации.
• Обеспечьте правильное погружение и поддерживайте постоянный уровень жидкости во всасывающих резервуарах.

Контроль вовлеченного воздуха и правильная вентиляция

• Установите клапаны выпуска воздуха в верхних точках системы для удаления захваченного воздуха.
• Правильно спроектируйте и обслуживайте системы вентиляции, чтобы предотвратить скопление воздуха.
• Используйте сетчатые фильтры или фильтры для удаления мусора, который может вызвать локальные перепады давления.
• Обеспечьте герметичность уплотнений и соединений, чтобы предотвратить попадание воздуха, особенно на стороне всасывания насоса.

Регулярный мониторинг и обслуживание

• Проведите плановую проверку и программа технического обслуживания насосов и компоненты со стороны всасывания.
• Следите за признаками кавитации, такими как шум, вибрация или неравномерное энергопотребление.
• Регулярно проверяйте и очищайте фильтры, сетчатые фильтры и клапаны.
• Выполняйте периодические испытания потока и давления для проверки производительности насоса.

Часто задаваемые вопросы

Какой звук издает насос при кавитации?

Кавитационный насос издает громкий характерный шум. Часто это звучит так, будто по системе циркулирует гравий или шарики. Шум описывается как рычание, грохот или скрип. Этот звук вызван быстрым образованием и схлопыванием пузырьков пара.

Что такое кавитация насоса из-за низкого расхода?

Низкий расход Кавитация возникает, когда в насос поступает недостаточно жидкости. Она вызвана низким давлением или высоким вакуумом на входе в насос. Это «голодает» насос, что приводит к образованию пузырьков около отверстия рабочего колеса. Эти пузырьки лопаются, со временем повреждая рабочее колесо.

В заключение

Кавитация насоса — серьезная проблема, которая может привести к повреждению оборудования и снижению эффективности. Понимание его причин, распознавание симптомов и принятие профилактических мер имеют решающее значение для поддержания работоспособности помпы.

Регулярное техническое обслуживание, правильный выбор насоса и оптимизация конструкции системы являются ключом к предотвращению кавитации. Для получения квалифицированной помощи обратитесь к специалисту по насосам, чтобы обеспечить оптимальную работу системы.