Kaj je kavitacija? Kako izboljšati ukrepe proti kavitaciji?

 

• Kaj je kavitacija?

Kavitacija je škodljivo stanje, ki se pogosto pojavi v centrifugalnih črpalnih enotah. Kavitacija lahko zmanjša učinkovitost črpalke, povzroči vibracije in hrup ter povzroči hude poškodbe propelerja črpalke, ohišja črpalke, gredi in drugih notranjih delov. Kavitacija se pojavi, ko tlak tekočine v črpalki pade pod tlak uparjanja, kar povzroči nastanek parnih mehurčkov v območjih z nizkim tlakom. Ti parni mehurčki se lahko močno sesedejo ali "implodirajo", ko vstopijo v območje visokega tlaka. To lahko povzroči mehanske poškodbe znotraj črpalke, ustvari šibke točke, ki so dovzetne za erozijo in korozijo, ter poslabša delovanje črpalke.

 

Razumevanje in izvajanje strategij za ublažitev kavitacije je ključnega pomena za ohranjanje celovitosti delovanja in življenjske dobe centrifugalnih črpalk.

 

• Vrste kavitacije v centrifugalnih črpalkah

 

1. Vaporizacijska kavitacija.Znana tudi kot "klasična kavitacija" ali "kavitacija z razpoložljivo neto pozitivno sesalno višino (NPSHa)", je to najpogostejša vrsta kavitacije. Centrifugalne črpalke povečajo hitrost tekočine, ko ta prehaja skozi sesalno odprtino rotorja. Povečanje hitrosti je enako zmanjšanju tlaka tekočine. Zmanjšanje tlaka lahko povzroči, da nekaj tekočine zavre (izhlapi) in tvori parne mehurčke, ki se močno sesedejo in povzročijo majhne udarne valove, ko dosežejo območje visokega tlaka.

 

2. Turbulentna kavitacija.Komponente, kot so kolena, ventili in filtri v cevnem sistemu, morda niso primerne za količino ali naravo črpane tekočine, kar lahko povzroči vrtince, turbulenco in razlike v tlaku v celotni tekočini. Ko se ti pojavi pojavijo na vstopu v črpalko, lahko neposredno poškodujejo notranjost črpalke ali povzročijo izhlapevanje tekočine.

 

3. Blade sindrom kavitacije.Ta vrsta kavitacije, znana tudi kot "sindrom prehoda rezila", se pojavi, ko je premer rotorja prevelik ali je notranji premaz ohišja črpalke predebel/notranji premer ohišja črpalke premajhen. Eden od teh pogojev ali oba bosta zmanjšala prostor (prostost) v ohišju črpalke pod sprejemljivo raven. Zmanjšanje zračnosti v ohišju črpalke povzroči povečanje hitrosti tekočine, kar ima za posledico zmanjšanje tlaka. Zmanjšanje tlaka lahko povzroči izhlapevanje tekočine in ustvarjanje kavitacijskih mehurčkov.

 

4. Notranja recirkulacija kavitacije.Ko črpalka ne more izpustiti tekočine z zahtevanim pretokom, povzroči, da nekaj ali vsa tekočina kroži okoli tekača. Recirkulacijska tekočina prehaja skozi območja nizkega in visokega tlaka, pri čemer ustvarja toploto, visoko hitrost in tvori uparjalne mehurčke. Pogost vzrok za notranjo recirkulacijo je delovanje črpalke z zaprtim izhodnim ventilom črpalke (ali pri nizki stopnji pretoka – opomba 1 salona črpalk).

 

5. Kavitacija z vnosom zraka.Zrak lahko pride v črpalko skozi okvarjen ventil ali ohlapno pritrditev. Ko je v črpalki, se zrak premika s tekočino. Gibanje tekočine in zraka lahko tvori mehurčke, ki "eksplodirajo", ko so izpostavljeni povečanemu tlaku rotorja črpalke.

 

• Kakšne so nevarnosti kavitacije?

 

1. Korozija pretočnih komponent:

(1) Zaradi visokofrekvenčnega (600~25000 HZ) udarca, ki nastane, ko mehurčki počijo, je tlak kar 49Mpa, kar povzroči mehansko erozijo na kovinski površini.

 

(2) Ker se med uparjanjem sprošča toplota in pride do hidrolize zaradi temperaturne razlike akumulatorja, ustvarjeni kisik oksidira kovino in povzroči kemično korozijo.

 

2. Učinkovitost črpalke se zmanjša:

Ko pride do kavitacije črpalke, je izmenjava energije v rotorju motena in uničena, zunanje značilnosti pa se kažejo kot krivulje QH, QP in Qn krivulje upadajo. V hujših primerih bo pretok v črpalki prekinjen in črpalka ne bo delovala.

 

Pri nizkih specifičnih hitrostih, ker je pretočni kanal med rezili ozek in dolg, ko pride do kavitacije, mehurčki napolnijo celoten pretočni kanal in krivulja delovanja nenadoma pade.

 

Pri srednjih in visokih specifičnih hitrostih je pretočni kanal kratek in širok, zato je potreben prehodni proces, da se mehurčki razvijejo od pojava do polnjenja celotnega pretočnega kanala. Ustrezna krivulja zmogljivosti začne počasi upadati, nato pa strmo pade, ko se poveča na določen pretok.

 

• Ukrepi za izboljšanje protikavitacije

 

1. Ukrepi za izboljšanje delovanja centrifugalne črpalke proti kavitaciji:

(1) Izboljšajte konstrukcijsko zasnovo od sesalne odprtine črpalke do rotorja. Povečajte območje pretoka; povečajte polmer ukrivljenosti vstopnega dela pokrova rotorja, da zmanjšate hitro pospeševanje in padec tlaka pretoka tekočine; ustrezno zmanjšajte debelino vstopne odprtine rezila in zaokrožite vstopno odprtino rezila, da bo blizu poenostavljene oblike, kar lahko zmanjša tudi pospešek in padec tlaka toka okoli glave rezila; izboljšajte površinsko obdelavo tekača in vstopne odprtine rezila, da zmanjšate izgubo upora; razširite vstopni rob rezila na vstop v rotor, tako da pretok tekočine prejme delo vnaprej in poveča tlak.

 

(2) Sprednji induktor se uporablja, da pretok tekočine deluje vnaprej v sprednjem induktorju za povečanje tlaka pretoka tekočine.

 

(3) Z uporabo rotorja z dvojnim sesanjem vstopa tok tekočine v rotor hkrati z obeh strani rotorja, tako da se vhodni prerez podvoji in stopnja vstopnega toka se lahko prepolovi.

 

(4) Načrtovano delovno stanje sprejme nekoliko večji pozitivni vpadni kot za povečanje vstopnega kota rezila, zmanjšanje upogibanja na vstopu rezila, zmanjšanje blokade rezila in povečanje vstopne površine; izboljšajte delovne pogoje pri velikem pretoku, da zmanjšate izgubo pretoka. Vendar pozitivni vpadni kot ne sme biti prevelik, sicer bo to vplivalo na učinkovitost.

 

(5) Uporabljajte materiale, odporne proti kavitaciji. Praksa kaže, da večja ko je trdnost, trdota in žilavost materiala, boljša je kemična stabilnost in večja je odpornost na kavitacijo.

 

2. Ukrepi za izboljšanje efektivnega kavitacijskega roba naprave za dovod tekočine:

(1) Povečajte tlak na površini tekočine v rezervoarju za shranjevanje tekočine pred črpalko, da povečate efektivni kavitacijski rob.

 

(2) Zmanjšajte višino namestitve črpalke sesalne naprave.

 

(3) Napravo za sesanje navzgor spremenite v napravo za vzvratno namakanje.

 

(4) Zmanjšajte izgubo pretoka v cevovodu pred črpalko, na primer čim bolj skrajšajte cevovod znotraj zahtevanega območja, zmanjšajte pretok v cevovodu, zmanjšajte število kolen in ventilov ter povečajte odprtino ventila kot kolikor je mogoče.

 

(5) Zmanjšajte temperaturo delovnega medija na vstopu v črpalko (ko je transportni medij blizu temperature nasičenja).

 

Zgornje ukrepe je mogoče ustrezno uporabiti po celoviti analizi, ki temelji na vrsti črpalke, izbiri materiala in pogojih na mestu uporabe črpalke.