Cavitația este o problemă comună în timpul funcționării pompelor centrifuge, care poate provoca o creștere a vibrațiilor și a zgomotului pompei, o scădere a performanței și deteriorarea gravă a componentelor.
Acest articol nu explorează cunoștințele teoretice profesionale ale cavitației, ci încearcă doar să folosească un limbaj relativ simplu pentru a oferi o introducere detaliată a mai multor tipuri comune de cavitație în pompele centrifuge, pericolele cavitației și măsurile utilizate în mod obișnuit pentru a îmbunătăți cavitația la fața locului.
1. Tipuri de cavitație
Din locația apariției, cavitația poate fi împărțită în cavitația lamei, cavitația golului, cavitația brută, cavitația cavității și cavitația cu reflux.
(1) Cavitația foliară
Când are loc cavitația, formarea și spargerea bulelor au loc în principal pe partea din față și din spate a palelor, cunoscută și sub denumirea de cavitație aerodinamică, care este principala formă de cavitație în pompele centrifuge. Când pompa este instalată prea sus, chiar dacă pompa funcționează în condiții de proiectare, este predispusă să apară o zonă de presiune joasă-pe partea din spate a admisiei și ieșirii lamei:
1) Când pompa funcționează în condiții de debit mare, separările debitului și vortexurile apar pe marginea anterioară a palelor, creând o presiune negativă care poate provoca cavitație pe partea din față a palelor.
2) Când pompa funcționează în condiții de debit scăzut, se generează vârtejuri pe partea din spate a palelor, creând o zonă de presiune joasă-și provocând cavitație pe spatele palelor.
(2) Cavitația golului
Se referă la cavitația formată atunci când lichidul curge printr-un canal sau un gol îngust, determinând o creștere locală a vitezei de curgere și o scădere a presiunii la presiunea de vaporizare a componentelor curgerii.
La distanța dintre inelul-rezistent la uzură al carcasei pompei centrifuge și marginea exterioară (placa de acoperire) a rotorului, sub diferența de presiune (în special diferența de presiune mare) de pe ambele părți ale admisiei și ieșirii rotorului, lichidul de pe partea de ieșire curge înapoi cu viteză mare, provocând scăderea de presiune locală și cavitație.
În spațiul mic dintre marginea exterioară a palelor pompei cu debit axial și carcasa pompei, sub acțiunea diferenței de presiune dintre partea din față și din spate a palelor, viteza mare de curgere inversă a lichidului în gol poate provoca, de asemenea, scăderea locală a presiunii, ducând la cavitație la marginea exterioară corespunzătoare a palelor din carcasa pompei și formând un fagure și zona de cavitate a suprafeței impelerului și a paletei exterioare.
(3) Cavitație aspră
Cavitația brută se referă la generarea de vortexuri în aval de proeminențe atunci când lichidul curge prin suprafața neuniformă a componentelor de curgere brută din interiorul carcasei pompei, provocând o cădere locală de presiune și ducând la cavitație.
În timpul turnării și procesării componentelor debitului pompei, denivelările suprafeței, găurile de nisip, găurile de aer etc. pot provoca modificări bruște ale stării de curgere locală și pot duce la cavitație.
(4) Cavitatia cavitatii
Cavitația într-o cavitate se referă la formarea unei benzi de vortex în spirală în camera de aspirație la intrarea unei pompe din cauza condițiilor proaste de intrare a apei sau a adâncimii insuficiente de scufundare. Când presiunea centrală a curelei vortex scade până la presiunea de vaporizare, va apărea și cavitația, însoțită de vibrații puternice.
(5) Cavitație de reflux
În general vorbind, condiția prealabilă pentru cavitație este NPSHa
Când debitul de pompare este prea mic sau presiunea de intrare este prea mare, are loc un retur. Când debitul de pompare este prea mic, la intrarea rotorului se produce reflux intern; Când presiunea de intrare a pompei este prea mare, se produce reflux intern la ieșirea rotorului. Refluxul intern determină o creștere a debitului lichidului până când vaporizarea produce bule, care apoi se sparg la o presiune mai mare din jur. Când are loc un reflux intern la orificiul de aspirație, va fi emis un zgomot neregulat de trosnet în jurul orificiului de aspirație al pompei, însoțit de un sunet de detonare de-intensitate mare.
Cavitația de reflux poate fi, în general, îmbunătățită prin următoarele metode:
1) Creșteți debitul de ieșire al pompei.
2) Instalați un bypass între intrarea și ieșirea pompei (această metodă este dificil de acceptat de către clienți în aplicațiile practice).
3) Optimizați structura rotorului (reduceți zona de intrare a rotorului).
2. Pericolele cavitației
(1) Degradarea performanței, deteriorarea conductei
Cavitația poate reduce semnificativ performanța pompei. De obicei, pentru pompele centrifuge, atunci când presiunea de intrare scade într-o anumită măsură, performanța acestora va scădea brusc, ceea ce este cunoscut și sub numele de fractură de cavitație. Cavitația poate provoca, de asemenea, instabilitate în interiorul fluidului, ceea ce poate duce la oscilații ale fluxului și presiunii. Cu ajutorul acestor oscilații, poate provoca deteriorarea pompei și a conductelor de admisie și de evacuare.
(2) Deteriorări grave ale componentelor de supracurent ale pompei
Cavitația poate provoca deteriorarea suprafeței componentelor. Când bulele izbucnesc, lichidul din jur generează o presiune de impact extrem de mare (presiune de vârf) de până la 49 MPa. Atunci când rezistența hidraulică a cavitației depășește capacitatea materialului de a rezista la acest impact, aceasta poate duce la defectarea la oboseală locală a materialului de perete și la desprinderea materialului de suprafață. Cavitația are loc simultan cu coroziunea chimică și electrochimică. Dimensiunea gropilor generate de coroziune și deformarea plastică a materialelor în stadiul incipient al cavitației este de aproximativ 10 μm până la 50 μm, în special pentru unele materiale cu rezistență slabă la coroziune, care pot prezenta structuri de tip fagure în caz de-cavitație pe termen lung.
(3) Generați vibrații și zgomot
În momentul în care bula se condensează, se micșorează și se rupe, lichidul din jurul bulei umple golul cu viteză mare (format prin condensarea și ruperea bulei), generând pulsații de presiune și astfel provocând vibrații și zgomot. Frecvența zgomotului de cavitație este în general între 10 kHz și 100 kHz, în timp ce frecvența zgomotului de cavitație cauzat de reflux și pulsația de presiune este de aproximativ câteva sute de Hz, ceea ce face urechea umană deosebit de sensibilă. În același timp, cavitația poate stimula și vibrația, iar frecvența principală a vibrațiilor generate de cavitație este în general de aproximativ 1 kHz.
Cavitația nu este caracterizată doar de niveluri ridicate de zgomot, ci și de indicatori de vibrație, cum ar fi rigiditatea insuficientă a bazei pompei și suportul slab al conductei, care poate provoca rezonanță structurală; După instalarea pompei, baza este umplută cu beton, iar rigiditatea suportului conductei este suficientă, ceea ce, în general, nu provoacă fenomene de vibrații puternice. Cu toate acestea, prin măsurarea vibrațiilor pe corpul pompei, componenta de-frecvență înaltă a frecvenței de vibrație generată de cavitație este dominantă, iar valoarea de accelerație a vibrației este mai mare decât deplasarea vibrației și viteza vibrației.
3. Măsuri comune pentru îmbunătățirea performanței cavitației
(1) Măsuri de îmbunătățire a performanței anti cavitație a pompelor centrifuge în sine
1) Îmbunătățiți designul orificiului de aspirație al pompei
Prin măcinarea rotorului, aria de curgere poate fi mărită;
Măriți raza de curbură a secțiunii de admisie a plăcii de acoperire a rotorului pentru a reduce accelerația rapidă și căderea de presiune a fluxului de lichid;
Reduceți grosimea admisiei lamei în mod corespunzător și rotunjiți intrarea lamei (lustruiți capul lamei, ascuțiți-l pentru a reduce pierderea de impact a orificiului de admisie și a reduce sensibilitatea unghiului de intrare, iar toleranța necesară de cavitație poate fi redusă cu aproximativ 0,5 metri), făcându-l aproape de o formă simplă și, de asemenea, reducând accelerația și căderea de presiune în jurul lamei;
Îmbunătățiți netezimea suprafeței rotorului și admisiei lamei pentru a reduce pierderea de rezistență;
Extindeți marginea de intrare a paletei către intrarea rotorului pentru a permite fluxului de lichid să primească lucru în avans și să crească presiunea.
2) Adăugați o roată cu inducție față
Faceți ca fluxul de lichid să funcționeze în avans în roata cu inducție din față pentru a crește presiunea fluxului de lichid (această schemă necesită modificări structurale și recalibrarea diferiților parametri de proiectare).
3) Adoptarea rotorului dublu de aspirație
Măriți suprafața de admisie a rotorului și reduceți debitul de lichid de admisie (scăderea debitului și creșterea presiunii).
4) Folosind un unghi pozitiv de atac puțin mai mare
Pentru a crește unghiul de intrare a lamei, reduceți îndoirea la intrarea lamei, minimizați blocarea lamei și, astfel, creșteți zona de admisie;
Îmbunătățiți condițiile de lucru în condiții de debit ridicat pentru a reduce pierderile de debit. Dar unghiul pozitiv de atac nu ar trebui să fie prea mare, altfel va afecta eficiența.
5) Folosind o pompă-de viteză mică
Cu cât viteza de rotație este mai mică, cu atât NPSHr este mai mică.
6) Utilizarea de materiale anti cavitație
Practica a demonstrat că cu cât rezistența, duritatea și duritatea unui material sunt mai mari, cu atât stabilitatea chimică a acestuia este mai bună și rezistența la cavitație este mai puternică.
(2) Măsuri pentru creșterea toleranței de cavitație a dispozitivului
1) Creșteți presiunea nivelului lichidului din rezervorul de stocare înaintea pompei pentru a îmbunătăți aportul efectiv de cavitație.
2) Reduceți înălțimea de instalare a pompei în dispozitivul de aspirație, în special atunci când transportați apă caldă ca mediu, și luați în considerare relația dintre înălțimea de aspirație și temperatura medie.
3) Înlocuiți dispozitivul de aspirație cu un dispozitiv de retur.
4) Reduceți pierderea de debit în conducta de aspirație înaintea pompei. Dacă este posibil, scurtați conducta în intervalul necesar, utilizați diametrul adecvat al conductei de aspirație și zona de filtrare a filtrului (dacă există) pentru a reduce debitul în conductă, pentru a reduce numărul de coturi și supape și pentru a mări deschiderea supapei cât mai mult posibil.
5) Dacă cavitația golului este severă, poate fi adoptată metoda de găurire a găurilor de echilibru pe rotor pentru a reduce debitul de scurgere și a atenua gradul de cavitație. Găurile de echilibrare de pe palete au un efect distructiv și de interferență asupra fluxului de lichid injectat la intrarea rotorului. Suprafața găurilor de echilibrare nu trebuie să fie mai mică de 5 ori suprafața de joc a inelului de etanșare pentru a reduce debitul de scurgere, reducând astfel impactul asupra debitului principal de lichid și îmbunătățind capacitatea anti cavitație a pompei.
6) Experiența a arătat că pornind de la mecanismul de cavitație, suplimentarea unei cantități adecvate de gaz la orificiul de aspirație poate perturba condițiile de apariție a cavitației. Cu toate acestea, utilizarea alimentării cu aer pentru a preveni cavitația pompei este extrem de tehnică și numai cu volumul, locația și metoda adecvate de reaprovizionare cu aer pot fi obținute rezultate bune. În caz contrar, va provoca o scădere semnificativă a debitului, a înălțimii și a eficienței pompei și va duce chiar la întreruperea debitului și la consecințe adverse în timpul funcționării.
Având în vedere dificultatea de a controla cantitatea adecvată de alimentare cu aer și măsurarea precisă, combinată cu practica autorului, se recomandă utilizarea unei supape cu ac care poate regla debitul pentru supapa de alimentare cu aer. În timpul ajustării la fața locului, zgomotul de cavitație poate fi folosit pentru a distinge: reglați volumul de admisie prin supapa cu ac până când zgomotul de cavitație este minimizat (unele sisteme pot elimina complet zgomotul, dar unele sisteme pot doar să reducă zgomotul de cavitație, nu îl pot elimina complet), apoi reglați puțin supapa cu ac înapoi pentru a reduce volumul de admisie, observați funcționarea pentru o perioadă de timp, până când nu există anumite anormalități de funcționare deschise, până când nu există anormalități de funcționare deschise. supapă cu ac. Această metodă nu ar trebui să scadă niciodată sunetul la cel mai scăzut nivel! Dacă presiunea de admisie este pozitivă când pompa se oprește, trebuie instalată o supapă de reținere pentru a preveni scurgerile.
7) Cercetările au descoperit că atunci când mediul conține gaze volatile și particule solide, cum ar fi nisipul, performanța de cavitație a pompei va scădea. Pentru a vă asigura că pompa nu suferă de cavitație, înălțimea de aspirație a pompei trebuie redusă cu cel puțin 4,2 metri față de înălțimea calculată a apei curate. Acest lucru merită să acordați atenție în industria municipală.
