Kavitatsioon on tsentrifugaalpumpade töötamise ajal tavaline probleem, mis võib põhjustada pumba vibratsiooni ja müra suurenemist, jõudluse langust ja komponentide tõsist kahjustamist.
Selles artiklis ei uurita professionaalseid teoreetilisi teadmisi kavitatsiooni kohta, vaid püütakse kasutada suhteliselt lihtsat keelt, et anda üksikasjalik sissejuhatus mitmele levinumale tsentrifugaalpumpade kavitatsioonitüübile, kavitatsiooni ohtudele ja tavapäraselt kasutatavatele meetmetele kavitatsiooni parandamiseks kohapeal.
1. Kavitatsiooni tüübid
Esinemiskoha järgi võib kavitatsiooni jagada labakavitatsiooniks, vahekavitatsiooniks, jämekavitatsiooniks, õõnsuskavitatsiooniks ja tagasivoolukavitatsiooniks.
(1) Lehestiku kavitatsioon
Kavitatsiooni korral tekivad ja lõhkevad mullid peamiselt labade esi- ja tagaküljel, mida tuntakse ka õhutiiva kavitatsioonina, mis on tsentrifugaalpumpade peamine kavitatsiooni vorm. Kui pump on paigaldatud liiga kõrgele, võib tera sisse- ja väljalaskeava tagaküljel tekkida madal{1}}rõhuala, isegi kui pump töötab projekteerimistingimustes:
1) Kui pump töötab suure vooluhulga tingimustes, tekivad labade esiservas voolu eraldumine ja keerised, mis tekitavad alarõhku, mis võib põhjustada labade esiküljel kavitatsiooni.
2) Kui pump töötab madala vooluhulga tingimustes, tekivad labade tagaküljele keerised, mis tekitavad madala -rõhuala ja põhjustavad labade tagaküljel kavitatsiooni.
(2) Vahekavitatsioon
See viitab kavitatsioonile, mis tekib siis, kui vedelik voolab läbi kitsa kanali või pilu, põhjustades voolukiiruse lokaalset suurenemist ja rõhu langust voolukomponentide aurustumisrõhule.
Tsentrifugaalpumba korpuse kulumiskindla rõnga- ja tiiviku välisserva (katteplaadi) vahelises pilus voolab tiiviku sisendi ja väljalaskeava mõlemal küljel rõhuerinevuse (eriti suure rõhuerinevuse) all väljalaskeava küljel olev vedelik suurel kiirusel tagasi, põhjustades lokaalse rõhulanguse ja kavitatsiooni.
Väikeses tühimikus aksiaalvoolupumba labade välisserva ja pumba korpuse vahel võib labade esi- ja tagaosa vahelise rõhuerinevuse mõjul vedeliku suur vastupidine voolukiirus pilus põhjustada ka lokaalset rõhulangust, mille tulemuseks on kavitatsioon pumba korpuse labade vastavas välisservas ja pumba korpuse välispinnal moodustub kare tsoon. ja terad.
(3) Jäme kavitatsioon
Karm kavitatsioon viitab keeriste tekkele eenditest allavoolu, kui vedelik voolab läbi pumba korpuse sees olevate töötlemata voolukomponentide ebaühtlase pinna, põhjustades kohaliku rõhulanguse ja põhjustades kavitatsiooni.
Pumba voolukomponentide valamisel ja töötlemisel võivad pinna ebatasasused, liivaaugud, õhuaugud jne põhjustada lokaalse voolu oleku järske muutusi ja põhjustada kavitatsiooni.
(4) Õõnsuse kavitatsioon
Kavitatsioon õõnsuses tähendab spiraalse keerisriba moodustumist imemiskambris pumba sisselaskeava juures vee sisselaske halbade tingimuste või ebapiisava sukeldumissügavuse tõttu. Kui keerislindi tsentraalne rõhk väheneb aurustumisrõhuni, tekib ka kavitatsioon, millega kaasneb tugev vibratsioon.
(5) Reflukskavitatsioon
Üldiselt on kavitatsiooni eelduseks NPSHa
Kui pumpamise voolukiirus on liiga väike või sisselaskerõhk liiga kõrge, tekib tagasivool. Kui pumpamise voolukiirus on liiga madal, tekib tiiviku sisselaskeava juures sisemine tagasivool; Kui pumba sisselaskerõhk on liiga kõrge, tekib tiiviku väljalaskeava juures sisemine tagasivool. Sisemine tagasivool põhjustab vedeliku voolukiiruse suurenemist, kuni aurustumisel tekivad mullid, mis seejärel suurema ümbritseva rõhu all purunevad. Kui imemispordis toimub sisemine tagasivool, kostub pumba imemisava ümber ebaregulaarne praksumine, millega kaasneb kõrge -intensiivsusega detonatsiooniheli.
Reflukskavitatsiooni saab üldiselt parandada järgmiste meetoditega:
1) Suurendage pumba väljundvoolu.
2) Paigaldage möödaviik pumba sisse- ja väljalaskeava vahele (seda meetodit on klientidel praktilistes rakendustes raske aktsepteerida).
3) Optimeerige tiiviku struktuur (vähendage tiiviku sisselaskeala).
2. Kavitatsiooni ohud
(1) Toimivuse halvenemine, torujuhtme kahjustus
Kavitatsioon võib pumba jõudlust oluliselt vähendada. Tavaliselt väheneb tsentrifugaalpumpade puhul, kui sisendrõhk teatud määral langeb, nende jõudlus järsult, mida nimetatakse ka kavitatsioonimurruks. Kavitatsioon võib põhjustada ka ebastabiilsust vedeliku sees, mis võib põhjustada voolu ja rõhu võnkumisi. Nende võnkumiste abil võib see kahjustada pumpa ning selle sisse- ja väljalasketorustikke.
(2) Pumba liigvoolukomponentide tõsine kahjustus
Kavitatsioon võib kahjustada komponentide pinda. Kui mullid lõhkevad, tekitab ümbritsev vedelik ülikõrge löögirõhu (tipprõhk) kuni 49 MPa. Kui kavitatsiooni hüdrauliline tugevus ületab materjali võimet sellele löögile vastu seista, võib see põhjustada seina materjali lokaalset väsimust ja pinnamaterjali eraldumist. Kavitatsioon toimub samaaegselt keemilise ja elektrokeemilise korrosiooniga. Kavitatsiooni varases staadiumis materjalide korrosioonist ja plastilisest deformatsioonist tekkivate süvendite suurus on umbes 10 μm kuni 50 μm, eriti mõne halva korrosioonikindlusega materjalide puhul, millel võib pikaajalise kavitatsiooni korral esineda kärgstruktuuriga konstruktsioone.
(3) tekitada vibratsiooni ja müra
Sel hetkel, kui mull kondenseerub, kahaneb ja puruneb, täidab mulli ümbritsev vedelik suurel kiirusel tühimiku (tekib mulli kondenseerumisest ja purunemisest), tekitades rõhupulsatsioone ja seeläbi põnevat vibratsiooni ja müra. Kavitatsioonimüra sagedus jääb üldiselt vahemikku 10 kHz kuni 100 kHz, tagasivoolust ja rõhupulsatsioonist põhjustatud kavitatsioonimüra sagedus aga paarisaja Hz ringis, mis muudab inimese kõrva eriti tundlikuks. Samal ajal võib kavitatsioon stimuleerida ka vibratsiooni ja kavitatsiooni tekitatud vibratsiooni põhisagedus on üldiselt umbes 1 kHz.
Kavitatsiooni ei iseloomusta mitte ainult kõrge müratase, vaid ka vibratsiooninäitajad, nagu pumba aluse ebapiisav jäikus ja torujuhtme halb tugi, mis võib põhjustada struktuurset resonantsi; Pärast pumba paigaldamist täidetakse alus betooniga ning torustiku tugijäikus on piisav, mis üldjuhul tugevat vibratsiooninähtusi ei põhjusta. Siiski on pumba korpusel vibratsiooni mõõtmisel domineeriv kavitatsiooni tekitatud vibratsiooni sageduse kõrgsageduslik{1}}komponent ning vibratsiooni kiirenduse väärtus on suurem kui vibratsiooni nihe ja vibratsiooni kiirus.
3. Ühised meetmed kavitatsiooni jõudluse parandamiseks
(1) Meetmed tsentrifugaalpumpade endi kavitatsioonivastase toime parandamiseks
1) Parandage pumba imemisava konstruktsiooni
Tööratta lihvimisega saab vooluala suurendada;
Suurendage tiiviku katteplaadi sisselaskeava kõverusraadiust, et vähendada vedelikuvoolu kiiret kiirendust ja rõhulangust;
Vähendage sobivalt tera sisselaskeava paksust ja ümardage tera sisselaskeava (poleerige terapead, teritage seda, et vähendada sisselaskeava löögikadu ja vähendada sisselaskenurga tundlikkust ning vajalikku kavitatsioonivaru saab vähendada umbes 0,5 meetri võrra), muutes selle voolujoonelise kujuga lähedaseks ning vähendades ka kiirendust ja rõhu langust tera pea ümber;
Parandage tiiviku ja laba sisselaskeava pinna siledust, et vähendada takistuse kadu;
Laiendage laba sisselaskeserva tiiviku sisselaskeava poole, et vedelikuvool saaks eelnevalt tööd ja rõhku tõsta.
2) Lisage eesmine induktsioonratas
Vedeliku voolu rõhu suurendamiseks pange vedeliku vool eelnevalt tööle eesmises sisselaskerattas (see skeem nõuab struktuurimuutusi ja erinevate konstruktsiooniparameetrite ümberkalibreerimist).
3) Kahekordse imemisega tiiviku kasutuselevõtt
Suurendage tiiviku sisselaskeala ja vähendage sisselaskevedeliku voolukiirust (voolukiiruse vähenemine ja rõhu tõus).
4) Kasutades veidi suuremat positiivset ründenurka
Tera sisselaskenurga suurendamiseks vähendage tera sisselaskeava painutust, minimeerige tera ummistumist ja suurendage seega sisselaskeala;
Parandage töötingimusi suure voolu tingimustes, et vähendada voolukadusid. Kuid positiivne ründenurk ei tohiks olla liiga suur, vastasel juhul mõjutab see tõhusust.
5) Madala kiirusega -pumba kasutamine
Mida väiksem on pöörlemiskiirus, seda väiksem on NPSHr.
6) Kavitatsioonivastaste materjalide kasutamine
Praktika on tõestanud, et mida suurem on materjali tugevus, kõvadus ja sitkus, seda parem on selle keemiline stabiilsus ja vastupidavus kavitatsioonile.
(2) Seadme kavitatsioonivaru suurendamise meetmed
1) Suurendage vedelikutaseme rõhku akumulatsioonipaagis enne pumpa, et parandada efektiivset kavitatsioonivaru.
2) Vähendage pumba paigalduskõrgust imemisseadmesse, eriti kui edastate keskkonnana kuuma vett, ning arvestage imemiskõrguse ja keskmise temperatuuri vahelist suhet.
3) Asendage imemisseade tagasivooluseadmega.
4) Vähendage voolukadu imitorustikus enne pumpa. Võimalusel lühendage torustikku nõutavas vahemikus, kasutage sobivat imitoru läbimõõtu ja filtri filtreerimisala (kui see on olemas), et vähendada voolukiirust torustikus, vähendada painde ja ventiilide arvu ning suurendada klapi ava nii palju kui võimalik.
5) Kui tühimiku kavitatsioon on tõsine, võib lekkevoolu vähendamiseks ja kavitatsiooni astme leevendamiseks kasutada tiivikule tasakaalustusaukude puurimise meetodit. Labade tasakaaluavad avaldavad hävitavalt ja segavalt sissepritsitud vedeliku voolu tiiviku sisselaskeavas. Tasakaaluavade pindala ei tohiks olla väiksem kui 5 korda suurem kui tihendusrõnga vaba pindala, et vähendada lekkevoolu kiirust, vähendades seeläbi mõju vedeliku põhivoolule ja parandades pumba kavitatsioonivastast võimet.
6) Kogemused on näidanud, et alates kavitatsiooni mehhanismist võib sobiva koguse gaasi lisamine imemisporti häirida kavitatsiooni tekkimise tingimusi. Kuid õhutäie kasutamine pumba kavitatsiooni vältimiseks on väga tehniline ja ainult sobiva õhutäitmise mahu, asukoha ja meetodiga on võimalik saavutada häid tulemusi. Vastasel juhul põhjustab see pumba voolukiiruse, tõstekõrguse ja efektiivsuse olulise vähenemise ning isegi voolu katkemise ja ebasoodsate tagajärgede töötamise ajal.
Võttes arvesse raskusi sobiva õhuvarustuse koguse ja täpse mõõtmise kontrollimisel, kombineerituna autori praktikaga, on soovitatav kasutada nõelventiili, millega saab reguleerida õhuvarustusklapi voolukiirust. Kohapealse reguleerimise ajal saab kavitatsioonimüra eristada: reguleerige nõelklapi kaudu sisselaske mahtu, kuni kavitatsioonimüra on minimeeritud (mõned süsteemid suudavad müra täielikult kõrvaldada, kuid mõned süsteemid suudavad ainult vähendada kavitatsioonimüra, mitte seda täielikult kõrvaldada), seejärel reguleerige nõelventiili veidi tagasi, et vähendada sisselaske mahtu, jälgige toimimist teatud aja jooksul, kuni erinevad töötingimused ei toimi, seejärel lukustage. nõelventiil. See meetod ei tohiks kunagi langetada heli madalaimale tasemele! Kui sisselaskerõhk on pumba seiskumisel positiivne, tuleb lekke vältimiseks paigaldada tagasilöögiklapp.
7) Uuringud on leidnud, et kui keskkond sisaldab lenduvaid gaase ja tahkeid osakesi, näiteks liiva, väheneb pumba kavitatsioonivõime. Tagamaks, et pumbal ei esineks kavitatsiooni, tuleks pumba imemiskõrgust puhta vee arvutuslikust kõrgusest vähemalt 4,2 meetri võrra vähendada. Sellele tasub munitsipaaltööstuses tähelepanu pöörata.