Kavitation är ett vanligt problem under drift av centrifugalpumpar, vilket kan orsaka en ökning av pumpens vibrationer och buller, en minskning av prestanda och allvarliga skador på komponenter.
Den här artikeln utforskar inte den professionella teoretiska kunskapen om kavitation, utan försöker bara använda ett relativt enkelt språk för att ge en detaljerad introduktion till flera vanliga typer av kavitation i centrifugalpumpar, farorna med kavitation och vanliga åtgärder för att förbättra kavitation på plats.
1. Typer av kavitation
Från platsen för förekomsten kan kavitation delas in i bladkavitation, gapkavitation, grov kavitation, kavitationskavitation och tillbakaflödeskavitation.
(1) Bladkavitation
När kavitation uppstår sker bildning och sprängning av bubblor huvudsakligen på fram- och baksidan av bladen, även känd som aerofoil-kavitation, som är den huvudsakliga formen av kavitation i centrifugalpumpar. När pumpen är installerad för högt, även om pumpen körs under designförhållanden, är ett område med lågt-tryck benäget att uppstå på baksidan av bladets inlopp och utlopp:
1) När pumpen arbetar under höga flödesförhållanden uppstår flödesseparation och virvlar på framkanten av bladen, vilket skapar undertryck som kan orsaka kavitation på framsidan av bladen.
2) När pumpen arbetar under lågflödesförhållanden genereras virvlar på baksidan av bladen, vilket skapar en låg-tryckszon och orsakar kavitation på baksidan av bladen.
(2) Gapkavitation
Det hänvisar till kavitationen som bildas när vätskan strömmar genom en smal kanal eller spalt, vilket orsakar en lokal ökning av flödeshastigheten och en minskning av trycket till flödeskomponenternas förångningstryck.
Vid gapet mellan den slitstarka -ringen på centrifugalpumpens hölje och den yttre kanten (täckplattan) på pumphjulet, under tryckskillnaden (särskilt stor tryckskillnad) på båda sidor om pumphjulets inlopp och utlopp, strömmar vätskan på utloppssidan tillbaka med hög hastighet, vilket orsakar lokalt tryckfall och kavitation
I det lilla gapet mellan ytterkanten av axialflödespumpbladen och pumphuset, under inverkan av tryckskillnaden mellan fram- och baksidan av bladen, kan den höga omvända flödeshastigheten för vätskan i gapet också orsaka lokalt tryckfall, vilket resulterar i kavitation vid motsvarande ytterkant av bladen i pumphuset, och bildar en ytkavitation av bikakekanten och hålkanten av hålkakan och hålkanten.
(3) Grov kavitation
Grov kavitation hänvisar till genereringen av virvlar nedströms utsprången när vätska strömmar genom den ojämna ytan av grovflödeskomponenter inuti pumphuset, vilket orsakar ett lokalt tryckfall och leder till kavitation.
Under gjutning och bearbetning av pumpflödeskomponenter kan ytojämnheter, sandhål, lufthål etc. orsaka plötsliga förändringar i lokalt flödestillstånd och resultera i kavitation.
(4) Kavitation i kavitet
Kavitation i en kavitet avser bildandet av ett spiralvirvelband i sugkammaren vid inloppet av en pump på grund av dåliga vatteninloppsförhållanden eller otillräckligt nedsänkningsdjup. När virvelbältets centrala tryck sjunker till förångningstrycket uppstår även kavitation åtföljd av kraftiga vibrationer.
(5) Refluxkavitation
Generellt sett är förutsättningen för kavitation NPSHa
När pumpflödet är för lågt eller inloppstrycket är för högt, uppstår tillbakaflöde. När pumpens flödeshastighet är för låg, sker inre återflöde vid inloppet av pumphjulet; När pumpens inloppstryck är för högt uppstår inre återflöde vid utloppet av pumphjulet. Internt återflöde orsakar en ökning av vätskeflödet tills förångning producerar bubblor, som sedan spricker under högre omgivande tryck. När internt tillbakaflöde inträffar vid sugporten kommer oregelbundet knastrande ljud att avges runt sugporten på pumpen, åtföljt av hög-detonationsljud.
Refluxkavitation kan generellt förbättras genom följande metoder:
1) Öka pumpens utgående flöde.
2) Installera en bypass mellan pumpens inlopp och utlopp (denna metod är svår för kunder att acceptera i praktiska tillämpningar).
3) Optimera pumphjulets struktur (minska pumphjulets inloppsarea).
2. Farorna med kavitation
(1) Prestandaförsämring, skador på rörledningen
Kavitation kan avsevärt minska pumpens prestanda. Vanligtvis, för centrifugalpumpar, när inloppstrycket sjunker i viss utsträckning, kommer deras prestanda att minska kraftigt, vilket också är känt som kavitationsfraktur. Kavitation kan också orsaka instabilitet inuti vätskan, vilket kan leda till svängningar i flöde och tryck. Med hjälp av dessa svängningar kan det orsaka skador på pumpen och dess inlopps- och utloppsledningar.
(2) Allvarlig skada på pumpens överströmskomponenter
Kavitation kan orsaka skador på komponenternas yta. När bubblor spricker genererar den omgivande vätskan extremt högt slagtryck (topptryck) på upp till 49 MPa. När kavitationens hydrauliska hållfasthet överstiger materialets förmåga att motstå denna påverkan, kan det leda till lokal utmattning av väggmaterial och att ytmaterial lossnar. Kavitation uppstår samtidigt med kemisk och elektrokemisk korrosion. Storleken på groparna som genereras av korrosion och plastisk deformation av material i det tidiga skedet av kavitation är cirka 10 μm till 50 μm, särskilt för vissa material med dålig korrosionsbeständighet, som kan uppvisa bikakeliknande strukturer under långvarig-kavitation.
(3) Generera vibrationer och buller
I det ögonblick då bubblan kondenserar, krymper och spricker, fyller vätskan runt bubblan tomrummet med hög hastighet (bildas av kondenseringen och sprängningen av bubblan), vilket genererar tryckpulseringar och därmed upphetsande vibrationer och buller. Frekvensen av kavitationsbrus är i allmänhet mellan 10 kHz och 100 kHz, medan frekvensen av kavitationsbrus orsakad av reflux och tryckpulsering är runt några hundra Hz, vilket gör det mänskliga örat särskilt känsligt. Samtidigt kan kavitation också stimulera vibrationer, och den huvudsakliga vibrationsfrekvensen som genereras av kavitation är i allmänhet runt 1 kHz.
Kavitation kännetecknas inte bara av höga ljudnivåer, utan också av vibrationsindikatorer som otillräcklig styvhet hos pumpbasen och dåligt stöd för rörledningen, vilket kan orsaka strukturell resonans; Efter installationen av pumpen är basen fylld med betong, och rörledningens stödstyvhet är tillräcklig, vilket i allmänhet inte orsakar starka vibrationsfenomen. Genom vibrationsmätning på pumpkroppen är dock den högfrekventa komponenten av vibrationsfrekvensen som genereras av kavitation dominerande, och accelerationsvärdet för vibrationen är högre än vibrationsförskjutningen och vibrationshastigheten.
3. Vanliga åtgärder för att förbättra kavitationsprestandan
(1) Åtgärder för att förbättra antikavitationsprestandan hos själva centrifugalpumparna
1) Förbättra pumpens sugportsdesign
Genom att slipa pumphjulet kan flödesarean ökas;
Öka krökningsradien för inloppssektionen på pumphjulets täckplatta för att minska den snabba accelerationen och tryckfallet i vätskeflödet;
Minska tjockleken på bladinloppet på lämpligt sätt och runda bladinloppet (polera bladhuvudet, skärpa det för att minska slagförlusten av inloppet och minska känsligheten för inloppsvinkeln, och den nödvändiga kavitationstillägget kan minskas med cirka 0,5 meter), vilket gör det nära en strömlinjeform, och minskar även accelerationen och tryckfallet runt bladet;
Förbättra ytjämnheten på pumphjulet och bladinloppet för att minska motståndsförlusten;
Dra ut bladets inloppskant mot pumphjulets inlopp så att vätskeflödet kan ta emot arbete i förväg och öka trycket.
2) Lägg till ett främre induktionshjul
Få vätskeflödet att fungera i förväg i det främre induktionshjulet för att öka vätskeflödestrycket (detta schema kräver strukturella förändringar och omkalibrering av olika designparametrar).
3) Antagande av dubbla sughjul
Öka pumphjulets inloppsarea och minska inloppsvätskeflödet (minska flödeshastigheten och öka trycket).
4) Använd en något större positiv anfallsvinkel
För att öka bladets inloppsvinkel, minska böjningen vid bladets inlopp, minimera bladets blockering och på så sätt öka inloppsytan;
Förbättra arbetsförhållandena under höga flödesförhållanden för att minska flödesförlusterna. Men den positiva anfallsvinkeln bör inte vara för stor, annars kommer det att påverka effektiviteten.
5) Använda en låg-pump
Ju lägre rotationshastighet, desto mindre NPSHr.
6) Använda anti-kavitationsmaterial
Praxis har visat att ju högre hållfasthet, hårdhet och seghet ett material har, desto bättre är dess kemiska stabilitet och desto starkare motstånd mot kavitation.
(2) Åtgärder för att öka anordningens kavitationstillägg
1) Öka trycket på vätskenivån i lagringstanken före pumpen för att förbättra den effektiva kavitationstillåten.
2) Minska installationshöjden för pumpen i suganordningen, speciellt vid transport av varmt vatten som medium, och beakta förhållandet mellan sughöjden och mediumtemperaturen.
3) Byt ut suganordningen mot en återflödesanordning.
4) Minska flödesförlusten i sugledningen före pumpen. Om möjligt, förkorta rörledningen inom det erforderliga området, använd lämplig sugrörledningsdiameter och filterfiltreringsområde (om någon) för att minska flödeshastigheten i rörledningen, minska antalet böjar och ventiler och öka ventilöppningen så mycket som möjligt.
5) Om gapkavitationen är allvarlig kan metoden för att borra balanshål på pumphjulet användas för att minska läckageflödet och lindra graden av kavitation. Balanshålen på bladen har en destruktiv och störande effekt på det insprutade vätskeflödet vid pumphjulets inlopp. Balanshålens area bör inte vara mindre än 5 gånger tätningsringens fria yta för att minska läckageflödet, och därigenom minska påverkan på huvudvätskeflödet och förbättra pumpens antikavitationsförmåga.
6) Erfarenhet har visat att med utgångspunkt från kavitationsmekanismen kan tillskott av en lämplig mängd gas till sugporten störa förutsättningarna för kavitation. Att använda luftpåfyllning för att förhindra pumpkavitation är dock mycket tekniskt, och endast med lämplig luftpåfyllningsvolym, plats och metod kan goda resultat uppnås. Annars kommer det att orsaka en betydande minskning av pumpens flödeshastighet, tryckhöjd och effektivitet, och till och med leda till flödesavbrott och negativa konsekvenser under drift.
Med tanke på svårigheten att kontrollera lämplig mängd lufttillförsel och noggrann mätning, i kombination med författarens praxis, rekommenderas att använda en nålventil som kan justera flödeshastigheten för lufttillförselventilen. Under-justering på plats kan kavitationsljud användas för att särskilja: justera insugningsvolymen genom nålventilen tills kavitationsljudet minimeras (vissa system kan helt eliminera buller, men vissa system kan bara reducera kavitationsljud, inte helt eliminera det), justera sedan tillbaka nålventilen lite för att minska insugningsvolymen, observera då onormala driftsförhållanden under olika driftsförhållanden, observera under olika driftsförhållanden. lås nålventilens öppning. Denna metod bör aldrig sänka ljudet till den lägsta nivån! Om inloppstrycket är positivt när pumpen slutar gå, bör en backventil installeras för att förhindra läckage.
7) Forskning har funnit att när mediet innehåller flyktiga gaser och fasta partiklar som sand, kommer pumpens kavitationsprestanda att minska. För att säkerställa att pumpen inte upplever kavitation bör pumpens sughöjd minskas med minst 4,2 meter från den beräknade höjden på det rena vattnet. Detta är värt att uppmärksamma i den kommunala branschen.
