zpravodajství
Domů>zpravodajství>Obsah
Domů>zpravodajství>Obsah
Častým problémem při provozu odstředivých čerpadel je kavitace, která může způsobit zvýšení vibrací a hluku čerpadla, snížení výkonu a vážné poškození součástí.
Tento článek nezkoumá odborné teoretické znalosti o kavitaci, ale pouze se pokouší použít relativně jednoduchý jazyk k poskytnutí podrobného úvodu do několika běžných typů kavitace v odstředivých čerpadlech, rizik kavitace a běžně používaných opatření ke zlepšení kavitace na místě.
1. Typy kavitace
Podle místa výskytu lze kavitaci rozdělit na lopatkovou kavitaci, mezerovou kavitaci, hrubou kavitaci, dutinovou kavitaci a zpětnou kavitaci.
(1) Listová kavitace
Když dojde ke kavitaci, dochází k tvorbě a praskání bublin hlavně na přední a zadní straně lopatek, známé také jako kavitace profilu, což je hlavní forma kavitace v odstředivých čerpadlech. Když je čerpadlo instalováno příliš vysoko, i když čerpadlo běží za konstrukčních podmínek, může se na zadní straně vstupu a výstupu lopatky vyskytnout oblast s nízkým-tlakem:
1) Když čerpadlo pracuje za podmínek vysokého průtoku, na přední hraně lopatek dochází k oddělení toku a vírům, které vytvářejí podtlak, který může způsobit kavitaci na přední straně lopatek.
2) Když čerpadlo pracuje za podmínek nízkého průtoku, na zadní straně lopatek se vytvářejí víry, které vytvářejí zónu nízkého tlaku- a způsobují kavitaci na zadní straně lopatek.
(2) Mezerová kavitace
Vztahuje se na kavitaci vznikající, když kapalina proudí úzkým kanálem nebo mezerou, což způsobuje místní zvýšení rychlosti proudění a snížení tlaku na tlak odpařování složek proudu.
V mezeře mezi otěruvzdorným{0}}kroužkem skříně odstředivého čerpadla a vnějším okrajem (krycí deskou) oběžného kola pod tlakovým rozdílem (zejména velkým tlakovým rozdílem) na obou stranách vstupu a výstupu oběžného kola proudí kapalina na výstupní straně vysokou rychlostí zpět, což způsobuje místní pokles tlaku a kavitaci
V malé mezeře mezi vnějším okrajem lopatek čerpadla s axiálním průtokem a tělesem čerpadla může při působení tlakového rozdílu mezi přední a zadní částí lopatek vysoká rychlost zpětného proudění kapaliny v mezeře také způsobit místní pokles tlaku, což má za následek kavitaci na odpovídajícím vnějším okraji lopatek v tělese čerpadla a vytvoření voštinové a drsné plochy vnější hrany kavitační zóny lopatek.
(3) Hrubá kavitace
Hrubá kavitace se týká vytváření vírů po proudu od výčnělků, když kapalina protéká nerovným povrchem hrubých průtokových komponent uvnitř skříně čerpadla, což způsobuje místní pokles tlaku a vede ke kavitaci.
Během odlévání a zpracování komponent proudění čerpadla mohou nerovnosti povrchu, pískové otvory, vzduchové otvory atd. způsobit náhlé změny stavu místního proudění a vést ke kavitaci.
(4) Dutinová kavitace
Kavitace v dutině se týká vytvoření spirálovitého vírového pásu v sací komoře na vstupu čerpadla v důsledku špatných podmínek vstupu vody nebo nedostatečné hloubky ponoření. Když se centrální tlak vírového pásu sníží na tlak odpařování, dojde také ke kavitaci doprovázené silnými vibracemi.
(5) Refluxní kavitace
Obecně lze říci, že předpokladem pro kavitaci je NPSHa
Když je čerpací průtok příliš nízký nebo vstupní tlak příliš vysoký, dochází ke zpětnému toku. Když je čerpací průtok příliš nízký, dochází k vnitřnímu refluxu na vstupu oběžného kola; Když je vstupní tlak čerpadla příliš vysoký, dochází k vnitřnímu refluxu na výstupu oběžného kola. Vnitřní reflux způsobuje zvýšení průtoku kapaliny, dokud odpařování neprodukuje bubliny, které pak prasknou pod vyšším okolním tlakem. Když na sacím hrdle dojde k vnitřnímu zpětnému toku, kolem sacího hrdla pumpy se bude vydávat nepravidelný praskavý zvuk doprovázený detonačním zvukem vysoké-intenzity.
Refluxní kavitaci lze obecně zlepšit pomocí následujících metod:
1) Zvyšte výstupní průtok čerpadla.
2) Nainstalujte obtok mezi vstup a výstup čerpadla (tento způsob je pro zákazníky v praktických aplikacích obtížně přijatelný).
3) Optimalizujte strukturu oběžného kola (zmenšete vstupní plochu oběžného kola).
2. Nebezpečí kavitace
(1) Snížení výkonu, poškození potrubí
Kavitace může výrazně snížit výkon čerpadla. Obvykle u odstředivých čerpadel, když vstupní tlak do určité míry poklesne, jejich výkon prudce poklesne, což je také známé jako kavitační lom. Kavitace může také způsobit nestabilitu uvnitř tekutiny, což může vést k oscilacím průtoku a tlaku. S pomocí těchto oscilací může dojít k poškození čerpadla a jeho vstupního a výstupního potrubí.
(2) Vážné poškození nadproudových součástí čerpadla
Kavitace může způsobit poškození povrchu součástí. Když bubliny prasknou, okolní kapalina vytváří extrémně vysoký nárazový tlak (špičkový tlak) až 49 MPa. Když hydraulická pevnost kavitace překročí schopnost materiálu odolat tomuto nárazu, může to vést k místnímu únavovému selhání materiálu stěny a oddělení povrchového materiálu. Kavitace probíhá současně s chemickou a elektrochemickou korozí. Velikost důlků vzniklých korozí a plastickou deformací materiálů v rané fázi kavitace je asi 10 μm až 50 μm, zejména u některých materiálů se špatnou korozní odolností, které mohou při dlouhodobé kavitaci vykazovat voštinové struktury.
(3) Vytvářejte vibrace a hluk
V okamžiku, kdy bublina kondenzuje, smršťuje se a praskne, kapalina kolem bubliny vysokou rychlostí vyplní prázdnotu (vzniklou kondenzací a prasknutím bubliny), generuje tlakové pulsace a tím vzrušující vibrace a hluk. Frekvence kavitačního hluku je obecně mezi 10 kHz a 100 kHz, zatímco frekvence kavitačního hluku způsobeného refluxem a pulzací tlaku je kolem několika stovek Hz, což činí lidské ucho obzvláště citlivým. Současně může kavitace také stimulovat vibrace a hlavní frekvence vibrací generovaných kavitací je obecně kolem 1 kHz.
Kavitace se nevyznačuje pouze vysokou hladinou hluku, ale také indikátory vibrací, jako je nedostatečná tuhost základny čerpadla a špatná podpora potrubí, což může způsobit strukturální rezonanci; Po instalaci čerpadla je základna vyplněna betonem a nosná tuhost potrubí je dostatečná, což obecně nezpůsobuje silné vibrační jevy. Při měření vibrací na tělese pumpy je však dominantní vysokofrekvenční složka frekvence vibrací generované kavitací a hodnota zrychlení vibrací je vyšší než posun vibrací a rychlost vibrací.
3. Společná opatření pro zlepšení kavitačního výkonu
(1) Opatření ke zlepšení antikavitačního výkonu samotných odstředivých čerpadel
1) Vylepšete konstrukci sacího otvoru čerpadla
Obroušením oběžného kola lze zvětšit průtokovou plochu;
Zvětšete poloměr zakřivení vstupní části krycí desky oběžného kola, abyste snížili rychlé zrychlení a pokles tlaku proudu kapaliny;
Přiměřeně zmenšete tloušťku vstupu lopatky a zakulatte vstup lopatky (vyleštěte hlavu lopatky, naostřete ji, abyste snížili rázovou ztrátu vstupu a snížili citlivost úhlu vtoku a potřebnou povolenou kavitaci lze snížit asi o 0,5 metru), čímž se přiblíží k proudnicovému tvaru a také sníží zrychlení a pokles tlaku kolem hlavy lopatky;
Zlepšete hladkost povrchu oběžného kola a vstupu lopatky, abyste snížili ztrátu odporu;
Prodlužte vstupní hranu lopatky směrem ke vstupu oběžného kola, abyste umožnili průtoku kapaliny předem pracovat a zvýšit tlak.
2) Přidejte přední indukční kolo
Zajistěte, aby průtok kapaliny pracoval předem v předním indukčním kole, aby se zvýšil tlak průtoku kapaliny (toto schéma vyžaduje strukturální změny a rekalibraci různých konstrukčních parametrů).
3) Přijetí oběžného kola s dvojitým sáním
Zvětšete vstupní plochu oběžného kola a snižte průtok vstupní kapaliny (snížení průtoku a zvýšení tlaku).
4) Použití o něco většího kladného úhlu náběhu
Chcete-li zvýšit úhel vstupu lopatky, snižte ohyb na vstupu lopatky, minimalizujte zablokování lopatky a tím zvětšete vstupní plochu;
Zlepšete pracovní podmínky za podmínek vysokého průtoku, abyste snížili ztráty průtoku. Ale pozitivní úhel náběhu by neměl být příliš velký, jinak to ovlivní efektivitu.
5) Pomocí nízkootáčkového čerpadla-
Čím nižší je rychlost otáčení, tím menší je NPSHr.
6) Použití antikavitačních materiálů
Praxe prokázala, že čím vyšší je pevnost, tvrdost a houževnatost materiálu, tím lepší je jeho chemická stabilita a tím silnější je jeho odolnost proti kavitaci.
(2) Opatření ke zvýšení kavitace zařízení
1) Zvyšte tlak hladiny kapaliny v zásobní nádrži před čerpadlem, abyste zlepšili účinnou kavitaci.
2) Snižte montážní výšku čerpadla v sacím zařízení, zejména při dopravě horké vody jako média, a zvažte vztah mezi sací výškou a teplotou média.
3) Vyměňte odsávací zařízení za zpětné.
4) Snižte ztráty průtoku v sacím potrubí před čerpadlem. Pokud je to možné, zkraťte potrubí v požadovaném rozsahu, použijte vhodný průměr sacího potrubí a filtrační filtrační plochu (pokud existuje), abyste snížili průtok v potrubí, snižte počet ohybů a ventilů a co nejvíce zvětšili otevření ventilu.
5) Pokud je kavitace štěrbiny závažná, lze použít metodu vrtání vyrovnávacích otvorů na oběžném kole, aby se snížil průtok úniku a zmírnil se stupeň kavitace. Vyvažovací otvory na lopatkách mají destruktivní a rušivý vliv na proud vstřikované kapaliny na vstupu oběžného kola. Plocha vyvažovacích otvorů by neměla být menší než 5násobek vůle těsnicího kroužku, aby se snížila průtoková rychlost úniku, čímž se sníží dopad na hlavní proud kapaliny a zlepší se schopnost čerpadla proti kavitaci.
6) Zkušenosti ukázaly, že počínaje mechanismem kavitace může doplnění vhodného množství plynu do sacího otvoru narušit podmínky pro vznik kavitace. Použití doplňování vzduchu k prevenci kavitace čerpadla je však vysoce technické a pouze s vhodným objemem, umístěním a způsobem doplňování vzduchu lze dosáhnout dobrých výsledků. V opačném případě to způsobí výrazné snížení průtoku, dopravní výšky a účinnosti čerpadla a dokonce povede k přerušení průtoku a nepříznivým následkům během provozu.
Vzhledem k obtížnosti řízení vhodného množství přívodu vzduchu a přesného měření v kombinaci s praxí autora se doporučuje použít jehlový ventil, kterým lze nastavit průtok pro ventil přívodu vzduchu. Během-nastavování na místě lze kavitační hluk použít k rozlišení: upravte objem sání jehlovým ventilem, dokud není kavitační hluk minimalizován (některé systémy dokážou hluk zcela eliminovat, ale některé systémy dokážou hluk kavitace pouze snížit, nikoli zcela odstranit), poté trochu upravit jehlový ventil, aby se snížil objem nasávání, po určitou dobu pozorovat provoz, dokud nedojde k žádným abnormalitám výkonu jehlového ventilu za různých specifikovaných provozních podmínek otevření, poté zablokovat jehlový ventil Tato metoda by nikdy neměla snížit zvuk na nejnižší úroveň! Pokud je vstupní tlak kladný, když čerpadlo přestane běžet, měl by být nainstalován zpětný ventil, aby se zabránilo úniku.
7) Výzkum zjistil, že když médium obsahuje těkavé plyny a pevné částice, jako je písek, kavitační výkon čerpadla se sníží. Aby se zajistilo, že u čerpadla nedochází ke kavitaci, měla by být sací výška čerpadla snížena alespoň o 4,2 metru od vypočítané výšky čisté vody. To stojí za pozornost v komunálním průmyslu.
