Kavitation är ett skadligt tillstånd som ofta förekommer i centrifugalpumpar. Kavitation kan minska pumpens effektivitet, orsaka vibrationer och buller och leda till allvarlig skada på pumpens pumphjul, pumphus, axel och andra inre delar. Kavitation uppstår när vätskans tryck i pumpen sjunker under förångningstrycket, vilket gör att ångbubblor bildas i lågtrycksområdet. Dessa ångbubblor kollapsar eller "imploderar" våldsamt när de kommer in i högtrycksområdet. Detta kan orsaka mekanisk skada inuti pumpen, skapa svaga punkter som är känsliga för erosion och korrosion och försämra pumpens prestanda.

Att förstå och implementera strategier för att mildra kavitation är avgörande för att upprätthålla den operativa integriteten och livslängden för pumpar med delat hölje .

Typer av kavitation i pumpar

För att minska eller förhindra kavitation i en pump är det viktigt att förstå de olika typer av kavitation som kan uppstå. Dessa typer inkluderar:

1. Förångningskavitation. Även känd som "klassisk kavitation" eller "net positivt sughuvud tillgänglig (NPSHa) kavitation," detta är den vanligaste typen av kavitation. Delat hölje pumpar ökar vätskans hastighet när den passerar genom pumphjulets sughål. Ökningen i hastighet är ekvivalent med en minskning av vätsketrycket. Tryckminskningen kan få en del av vätskan att koka (förångas) och bilda ångbubblor, som kommer att kollapsa våldsamt och producera små stötvågor när de når högtrycksområdet.

2. Turbulent kavitation. Komponenter som krökar, ventiler, filter etc. i rörsystemet kanske inte är lämpliga för mängden eller arten av den pumpade vätskan, vilket kan orsaka virvlar, turbulens och tryckskillnader i hela vätskan. När dessa fenomen inträffar vid pumpens inlopp kan de direkt erodera insidan av pumpen eller få vätskan att förångas.

3. Blade syndrom kavitation. Även känd som "blade pass syndrome", denna typ av kavitation uppstår när pumphjulets diameter är för stor eller den inre beläggningen av pumphuset är för tjock/pumphusets innerdiameter är för liten. Endera eller båda dessa förhållanden kommer att minska utrymmet (spelet) i pumphuset till under acceptabla nivåer. Minskningen av spelrummet inuti pumphuset får vätskeflödet att öka, vilket resulterar i en minskning av trycket. Tryckminskningen kan få vätskan att förångas, vilket skapar kavitationsbubblor.

4. Intern recirkulation kavitation. När en center-delad pump inte kan tömma vätska med den erforderliga flödeshastigheten, orsakar det en del eller all vätska att recirkulera runt pumphjulet. Återcirkulerande vätska passerar genom låg- och högtrycksområden, vilket genererar värme, hög hastighet och bildar förångningsbubblor. En vanlig orsak till intern recirkulation är att pumpen körs med pumpens utloppsventil stängd (eller med låg flödeshastighet).

5. Kavitation med luftindragning. Luft kan dras in i pumpen genom en trasig ventil eller lös koppling. Väl inne i pumpen rör sig luften med vätskan. Vätskans och luftens rörelse kan bilda bubblor som "exploderar" när de utsätts för det ökade trycket från pumphjulet.

Faktorer som bidrar till kavitation - NPSH, NPSHa och NPSHr

NPSH är en nyckelfaktor för att förhindra kavitation i pumpar med delat hölje. NPSH är skillnaden mellan det faktiska sugtrycket och vätskans ångtryck, mätt vid pumpens inlopp. NPSH-värdena måste vara höga för att förhindra att vätskan förångas inuti pumpen.

NPSHa är den faktiska NPSH under pumpens driftsförhållanden. Netto positivt sugtryck som krävs (NPSHr) är det lägsta NPSH som anges av pumptillverkaren för att undvika kavitation. NPSHa är en funktion av pumpens sugrör, installation och driftdetaljer. NPSHr är en funktion av pumpens design och dess värde bestäms genom pumptestning. NPSHr representerar den tillgängliga tryckhöjden under testförhållanden och mäts vanligtvis som en 3% minskning av pumphöjden (eller första stegs pumphuvud för flerstegspumpar) för att detektera kavitation. NPSHa bör alltid vara större än NPSHr för att undvika kavitation.

Strategier för att minska kavitation - Öka NPSHa för att förhindra kavitation

Att säkerställa att NPSHa är större än NPSHr är avgörande för att undvika kavitation. Detta kan uppnås genom att:

1. Sänkning av höjden på den delade huspumpen i förhållande till sugbehållaren/sumpen. Vätskenivån i sugbehållaren/sumpen kan ökas eller pumpen kan monteras lägre. Detta kommer att öka NPSHa vid pumpinloppet.

2. Öka diametern på sugröret. Detta kommer att minska vätskans hastighet vid en konstant flödeshastighet, och därigenom minska sugtrycksförlusterna i rörledningar och kopplingar.

2. Minska huvudförlusterna i beslag. Minska antalet skarvar i pumpens sugledning. Använd kopplingar som vinkelbågar med lång radie, ventiler med full hål och avsmalnande reduktionsdon för att minska sugtrycksförlusterna på grund av kopplingar.

3. Undvik att installera skärmar och filter på pumpens sugledning när det är möjligt, eftersom de ofta orsakar kavitation i centrifugalpumpar. Om detta inte kan undvikas, se till att skärmar och filter på pumpens sugledning regelbundet inspekteras och rengörs.

5. Kyl den pumpade vätskan för att minska dess ångtryck.

Förstå NPSH-marginal för att förhindra kavitation

NPSH-marginalen är skillnaden mellan NPSHa och NPSHr. En större NPSH-marginal minskar risken för kavitation eftersom det ger en säkerhetsfaktor för att förhindra att NPSHa faller under normala driftsnivåer på grund av fluktuerande driftsförhållanden. Faktorer som påverkar NPSH-marginalen inkluderar vätskeegenskaper, pumphastighet och sugförhållanden.

Upprätthålla det minsta pumpflödet

Att säkerställa att en centrifugalpump arbetar över det specificerade minimiflödet är avgörande för att minska kavitation. Att driva en pump med delat hus under dess optimala flödesområde (tillåtet driftområde) ökar sannolikheten för att skapa ett lågtrycksområde som kan inducera kavitation.

Överväganden vid impellerdesign för att minska kavitation

Impellerns design spelar en viktig roll för huruvida en centrifugalpump är utsatt för kavitation. Större pumphjul med färre blad tenderar att ge mindre vätskeacceleration, vilket minskar risken för kavitation. Dessutom hjälper pumphjul med större inloppsdiametrar eller avsmalnande blad att hantera vätskeflödet smidigare, vilket minimerar turbulens och bubbelbildning. Att använda material som motstår kavitationsskador kan förlänga livslängden på pumphjulet och pumpen.

Använda anti-kavitationsenheter

Antikavitationsanordningar, såsom tillbehör för flödeskonditionering eller kavitationsdämpande liners, är effektiva för att lindra kavitation. Dessa enheter fungerar genom att kontrollera vätskedynamiken runt pumphjulet, vilket ger ett jämnare flöde och minskar turbulens och lågtrycksområden som orsakar kavitation.

Vikten av korrekt pumpstorlek för att förhindra kavitation

Att välja rätt pumptyp och ange rätt storlek för en specifik tillämpning är avgörande för att förhindra kavitation. En överdimensionerad pump kanske inte fungerar lika effektivt vid lägre flöden, vilket resulterar i en ökad risk för kavitation, medan en underdimensionerad pump kan behöva arbeta hårdare för att uppfylla flödeskraven, vilket också ökar sannolikheten för kavitation. Korrekt pumpval involverar en detaljerad analys av maximala, normala och lägsta flödeskrav, vätskeegenskaper och systemlayout för att säkerställa att pumpen fungerar inom det specificerade driftsintervallet. Noggrann dimensionering förhindrar kavitation och ökar pumpens effektivitet och tillförlitlighet under hela dess livscykel.