Причины кавитации насоса

Краткое содержание материала:

— Определение кавитации насоса

— Типы кавитации насоса

— Признаки кавитации насоса

— Причины кавитации насоса

— Последствия кавитации насоса

Кавитация насоса — это образование множества паровых пузырьков, из — за резкого перепада парциального давления перекачиваемой жидкости. Пузырьки образуются областях относительно низкого давления в улитке насоса, вокруг оси рабочего колеса насоса (крыльчатки). Пузырьки, при перемещении от оси к краю рабочего колеса, под влиянием на них высокого давления, лопаются внутри улитки насоса, производя мини — взрывную волну с высокой кинетической энергией,  движущуюся со скоростью звука (или близкой к ней), таких мини — взрывов происходит множество. Кавитация может возникнуть в жидкости практически с любой вязкостью.

С точки a  до пунктирой линии давление падает ниже давления пара;

в точке b давление повышается;

а участке b - c жидкость поступает на подачу насоса, пузырьки подвергаются избыточному давлению и взрываются.

При кавитации на всасывания взрыв происходит ближе к точке b, при кавитации на нагнетании, взрыв происходит ближе к точке с.

(!) Чем выше температура жидкости на входе в насос и ниже давление, тем ближе к точке d произойдет взрыв пузырьков, для снижения риска вскипания жидкости и образования паровых пузырьков, можно повысить давление на входе в насос и (или) снизить температуру входящей жидкости.

Типы кавитации насоса

Существует несколько основных типов кавитации с позиции практики и с точки зрения физики возникновения процесса:

1. Кавитация всасывания;

2. Кавитация нагнетания;

3. Кавитация испарения (т.н. классическая кавитация);

4. Кавитация аспирации;

5. Кавитация турбулентности;

Типы кавитации  и их особенности подробно будут рассмотрены ниже, под заголовками «Причины кавитации насоса».

(!) Различные типы кавитаций могут сочетаться. Например, паровая кавитация нагнетания или аспирационная кавитация на всасывании, смешанная кавитация — паровая и аспирационная на всасывании и т.п.

Признаки наличия кавитации насоса

1.Повышенная вибрация;

2. Повышенный уровень шума (бульканье, потрескивание, звук сыплющегося гравия, как будто насос перекачивает мелкие камешки);

3. Повышение потребляемой мощности, относительно номинальной;

4. Снижение давления и объемного расхода перекачиваемой жидкости.

(Комментарий) Вращательный момент насоса расходуется не на всасывание жидкости, а на расширение пузырьков в области низкого давления. При перемещении пузырьков в зону высокого давления, вращательный момент двигателя насоса, вместо подачи жидкости из насоса, частично расходуется на сжатие пузырьков.

Причины кавитации насоса

Кавитация всасывания возникает при пониженном давлении всасывания насоса - перед всасывающей полостью улитки насоса. Характерным повреждением, при кавитации на всасывании является выщербленная сталь преимущественно ближе к центру крыльчатки – как бы вокруг центра и крыльчатки насоса.

Причинами пониженного давления всасывания могут быть:

— всасывающий трубопровод меньше требуемого диаметра, согласно номинального объемного расхода для данной модели насоса; 

Замена или дублирование параллельным трубопроводом.

— чрезмерное давление пред всасывающей полостью насоса, превышающее максимально рекомендованное для данной модели насоса (чрезмерный подпор воды на всасывании);

Частично перекрыть задвижку на всасывании.

— заужение перед всасывающей полостью насоса, например — несоразмерный обратный клапан;

Заменить заужающий нормальное проходное сечение элемент.

— загрязненный фильтр или засоренный всасывающий трубопровод;

Почистить, устранить засор.

— недостаточный подпор воды перед всасывающим трубопроводом, если насос несамовсасывающий;

Опустить насос ниже источника воды или заменить насос на самовсасывающий.

— фактическая высота всасывания насоса (подъема жидкости с отрицательной отметки) больше номинальной для данной модели насоса;

Опустить насос ниже к источнику воды, вмонтировать бустерный насос для создания дополнительного подпора воды или заменить насос.

— слишком длинная всасывающая магистраль, превышающая номинальную (рекомендуемую максимальную длину) для данной модели насоса;

Разместить насос ближе к источнику воды, значительно увеличить диаметр всасывающего трубопровода (можно дублировать) или заменить насос.

— неоптимальная конструкция всасывающего трубопровода — много углов, подъемов, петель и проч., с вероятными воздушными пробками.

Переделать плохо сконструированный участок трубопровода.

Кавитация нагнетания возникает при чрезмерно высоком давлении нагнетания. При котором объемный расход очень низкий — менее 5% от номинального. Кавитация нагнетания замедляет подачу жидкости насосом,  вследствие чего жидкость частично рециркулирует между улиткой насоса и крыльчаткой, с очень высокой скоростью, при этом образуется слой вакуума и пузырьки. Характерным повреждением кавитации нагнетания является выщербленная сталь на краях крыльчатки и на улитке насоса. При интенсивных и длительных микровзрывах пузырьков, может повредиться рабочий вал, вплоть до трещины или перелома.

Причинами повышенного давления нагнетания могут быть:

— слишком большая высота подъема жидкости, превышающая номинальную для данной модели насоса;

Поставить повышающий циркуляционный насос. При возможности снижения объемного расхода – поставить байпасный перепускной клапан на подаче насоса или заменить насос.

— нагнетательный трубопровод меньше требуемого диаметра, согласно номинального объемного расхода для данной модели насоса;

Переделать трубопровод или дублировать параллельным трубопроводом через тройники, по возможности снизить обороты двигателя насоса .

— загрязненный фильтр или засоренный нагнетательный трубопровод;

Почистить, устранить засор.

— слишком длинная нагнетательная магистраль, превышающая номинальную (рекомендуемую максимальную длину) для данной модели насоса;

Разместить насос ближе к месту подачи воды, поставить повышающий циркуляционный насос(ы)на подающей магистрали или заменить насос.

(Важно!) Чем выше температура жидкости и ниже давление на входе в насос, тем выше риск появления кавитации. При давлении ниже 0.05 бар, вода вскипит, при +30°С, в этой связи, для прекращения кавитации, повышаем давление на всасывании и (или), если допускает технологический процесс — максимально возможно снижаем температуру.

Кавитация испарения (классическая кавитация) — наиболее часто встречающийся тип кавитации с точки зрения физики возникновения, когда статическое давление в перекачиваемой жидкости, падает ниже давления пара. Вообщем — то, в подавляющем большинстве случаев, когда речь идет о кавитации наоса, имеют в виду именно ее. С практической позиции, она может быть кавитацией испарения, как на всасывании насоса, так и на нагнетании насоса.

Кавитация аспирации, когда воздух всасывается в водяной контур и перекачиваться. Вероятно образование вихрей из воздушных пузырьков. Кавитация аспирации значительно менее разрушительна, чем паровая, по причине того, что при повышении давления, воздух снова диффундирует в жидкость, этот процесс более длительный, чем резкое схлопывание пузырей пара.

Возможные пути попадания воздуха в водяной контур:

— сальниковые уплотнения насоса;

— торцевые уплотнения насоса;

— фланцы, резьбовые соединения;

— воздушные пробки, при плохой конструкции трубопроводов;

— сильно пенящиеся жидкости;

— воздушные пузыри, в том месте, откуда всасывает жидкость насос.

 

Кавитация турбулентности провоцируется образованием вихрей на всасывании насоса. 

Причины вихрей:

— Грязевые сетчатые — фильтры на линии всасывания, близко к всасывающей полости насоса, особенно неверно подобранные или смонтированные с ошибками;

— Множество загибов и петель на всасывающем трубопроводе;

Последствия кавитации насоса

1. Мини — взрывы разрушают рабочие поверхности улитки и крыльчатки;

2. Увеличиваются зазоры;

3. Снижается производительность;

4. Разбиваются подшипники, клапана и сальники;

5. Разбалансировка, повышение  вибраций;

6. Повышение потребляемой мощности насоса;

Кавитация, чаще всего и наиболее выражено возникает в центробежный насосах. Центробежные насосы широко применяются при производстве чиллеров, в этой связи, инженер – холодильщик обязан знать о кавитации, чтобы при проектировании чиллера исключить вероятность этого явления или суметь диагностировать на уже работающем чиллере.