Kavitacija je štetno stanje koje se često pojavljuje u centrifugalnim pumpnim jedinicama. Kavitacija može smanjiti učinkovitost pumpe, uzrokovati vibracije i buku te dovesti do ozbiljnog oštećenja rotora pumpe, kućišta pumpe, osovine i drugih unutarnjih dijelova. Kavitacija nastaje kada tlak tekućine u pumpi padne ispod tlaka isparavanja, uzrokujući stvaranje mjehurića pare u području niskog tlaka. Ovi mjehurići pare kolabiraju ili snažno "implodiraju" kada uđu u područje visokog tlaka. To može prouzročiti mehanička oštećenja unutar crpke, stvoriti slabe točke koje su podložne eroziji i koroziji te smanjiti rad crpke.

Razumijevanje i provedba strategija za ublažavanje kavitacije presudno je za održavanje operativnog integriteta i životnog vijeka pumpe s podijeljenim kućištem .

Vrste kavitacije u pumpama

Kako biste smanjili ili spriječili kavitaciju u pumpi, važno je razumjeti različite vrste kavitacije koje se mogu pojaviti. Ove vrste uključuju:

1. Vaporizacijska kavitacija. Također poznata kao "klasična kavitacija" ili "neto pozitivna usisna visina (NPSHa) kavitacija", ovo je najčešći tip kavitacije. Splitsko kućište pumpe povećavaju brzinu tekućine dok ona prolazi kroz usisni otvor rotora. Povećanje brzine jednako je smanjenju tlaka tekućine. Smanjenje tlaka može uzrokovati ključanje (isparavanje) dijela tekućine i stvaranje mjehurića pare, koji će se snažno skupiti i proizvesti malene udarne valove kada dosegnu područje visokog tlaka.

2. Turbulentna kavitacija. Komponente kao što su koljena, ventili, filtri itd. u sustavu cjevovoda možda neće biti prikladne za količinu ili prirodu pumpane tekućine, što može uzrokovati vrtloge, turbulencije i razlike u tlaku u cijeloj tekućini. Kada se ti fenomeni dogode na ulazu u crpku, mogu izravno narušiti unutrašnjost crpke ili uzrokovati isparavanje tekućine.

3. Blade sindrom kavitacija. Također poznat kao "sindrom prolaska oštrice", ova vrsta kavitacije se javlja kada je promjer rotora prevelik ili je unutarnji premaz kućišta pumpe predebeo/unutarnji promjer kućišta pumpe je premalen. Jedan ili oba ova uvjeta smanjit će prostor (razmak) unutar kućišta pumpe ispod prihvatljivih razina. Smanjenje zazora unutar kućišta pumpe uzrokuje povećanje brzine protoka tekućine, što rezultira smanjenjem tlaka. Smanjenje tlaka može uzrokovati isparavanje tekućine, stvarajući kavitacijske mjehuriće.

4.Unutarnja recirkulacija kavitacije. Kada centralno podijeljena pumpa ne može ispuštati tekućinu potrebnom brzinom protoka, uzrokuje da dio ili sva tekućina cirkulira oko rotora. Recirkulirajuća tekućina prolazi kroz područja niskog i visokog tlaka, što stvara toplinu, veliku brzinu i stvara mjehuriće isparavanja. Čest uzrok unutarnje recirkulacije je rad crpke sa zatvorenim izlaznim ventilom crpke (ili pri malom protoku).

5. Kavitacija uvlačenja zraka. Zrak može biti uvučen u pumpu kroz neispravan ventil ili labav spoj. Kad jednom uđe u pumpu, zrak se kreće s tekućinom. Kretanje tekućine i zraka može stvoriti mjehuriće koji "eksplodiraju" kada su izloženi povećanom tlaku impelera pumpe.

Čimbenici koji doprinose kavitaciji - NPSH, NPSHa i NPSHr

NPSH je ključni faktor u sprječavanju kavitacije kod pumpi s podijeljenim kućištem. NPSH je razlika između stvarnog usisnog tlaka i tlaka pare tekućine, izmjerenog na ulazu pumpe. Vrijednosti NPSH moraju biti visoke kako bi se spriječilo isparavanje tekućine unutar pumpe.

NPSHa je stvarni NPSH u uvjetima rada crpke. Potrebna neto pozitivna usisna visina (NPSHr) minimalni je NPSH koji navodi proizvođač pumpe kako bi se izbjegla kavitacija. NPSHa je funkcija usisnog cjevovoda, instalacije i radnih detalja crpke. NPSHr je funkcija dizajna crpke i njegova se vrijednost određuje ispitivanjem crpke. NPSHr predstavlja dostupnu visinu pod uvjetima testiranja i obično se mjeri kao 3% pad visine pumpe (ili glave rotora prvog stupnja za višestupanjske pumpe) za otkrivanje kavitacije. NPSHa uvijek treba biti veći od NPSHr kako bi se izbjegla kavitacija.

Strategije za smanjenje kavitacije - Povećajte NPSHa kako biste spriječili kavitaciju

Za izbjegavanje kavitacije ključno je osigurati da je NPSHa veći od NPSHr. To se može postići:

1. Spuštanje visine pumpe s podijeljenim kućištem u odnosu na usisni spremnik/kater. Razina tekućine u usisnom spremniku/kateru može se povećati ili se pumpa može montirati niže. Ovo će povećati NPSHa na ulazu pumpe.

2. Povećajte promjer usisnog cjevovoda. Ovo će smanjiti brzinu tekućine pri konstantnoj brzini protoka, čime se smanjuju gubici usisne visine u cjevovodima i spojnicama.

2. Smanjite gubitke visine u armaturama. Smanjite broj spojeva u usisnom vodu pumpe. Upotrijebite priključke kao što su koljena dugog radijusa, ventili s punim provrtom i suženi reduktori kako biste smanjili gubitke usisne visine zbog spojeva.

3. Izbjegavajte ugradnju mreža i filtara na usisni vod crpke kad god je to moguće, jer oni često uzrokuju kavitaciju u centrifugalnim crpkama. Ako se to ne može izbjeći, osigurajte da se mrežice i filtri na usisnom vodu pumpe redovito provjeravaju i čiste.

5. Ohladite dizanu tekućinu kako biste smanjili njezin tlak pare.

Shvatite NPSH marginu za sprječavanje kavitacije

NPSH marža je razlika između NPSHa i NPSHr. Veća margina NPSH smanjuje rizik od kavitacije jer osigurava sigurnosni faktor za sprječavanje pada NPSHa ispod normalnih radnih razina zbog fluktuirajućih radnih uvjeta. Čimbenici koji utječu na marginu NPSH uključuju karakteristike tekućine, brzinu pumpe i uvjete usisavanja.

Održavanje minimalnog protoka pumpe

Za smanjenje kavitacije ključno je osigurati da centrifugalna crpka radi iznad navedenog minimalnog protoka. Rad pumpe s podijeljenim kućištem ispod optimalnog raspona protoka (dopuštenog radnog područja) povećava vjerojatnost stvaranja područja niskog tlaka koje može izazvati kavitaciju.

Razmatranja dizajna impelera za smanjenje kavitacije

Dizajn impelera igra važnu ulogu u tome je li centrifugalna pumpa sklona kavitaciji. Veći impeleri s manje lopatica imaju tendenciju da daju manje ubrzanja tekućine, što smanjuje rizik od kavitacije. Osim toga, impeleri s većim ulaznim promjerom ili suženim lopaticama pomažu lakše upravljati protokom tekućine, minimizirajući turbulenciju i stvaranje mjehurića. Korištenje materijala koji su otporni na oštećenje uzrokovano kavitacijom može produljiti vijek trajanja rotora i pumpe.

Korištenje antikavitacijskih uređaja

Antikavitacijski uređaji, kao što su dodaci za kondicioniranje protoka ili obloge za suzbijanje kavitacije, učinkoviti su u ublažavanju kavitacije. Ovi uređaji rade tako da kontroliraju dinamiku tekućine oko impelera, osiguravaju stabilniji protok i smanjuju turbulencije i područja niskog tlaka koji uzrokuju kavitaciju.

Važnost pravilnog dimenzioniranja crpke u sprječavanju kavitacije

Odabir pravog tipa crpke i određivanje točne veličine za određenu primjenu ključni su za sprječavanje kavitacije. Prevelika pumpa možda neće raditi tako učinkovito pri nižim protokima, što će rezultirati povećanim rizikom od kavitacije, dok premala pumpa će možda morati više raditi kako bi zadovoljila zahtjeve protoka, što također povećava vjerojatnost kavitacije. Odgovarajući odabir crpke uključuje detaljnu analizu zahtjeva za maksimalnim, normalnim i minimalnim protokom, karakteristika tekućine i rasporeda sustava kako bi se osiguralo da crpka radi unutar navedenog radnog raspona. Točno dimenzioniranje sprječava kavitaciju i povećava učinkovitost i pouzdanost pumpe tijekom njenog životnog ciklusa.