Аналіз кавітації робочого колеса відцентрового насоса

1. Природа кавітації
Кавітація, комбінований фізико-хімічний руйнівний процес, відбувається у три стадії:

Локальне випаровування: Коли локальний тиск на вході в робоче колесо або в зоні низького тиску падає нижче тиску насиченої пари рідини за її робочої температури, рідина кипить, утворюючи численні бульбашки пари (порожнини).

Руйнування та пошкодження бульбашок: Ці бульбашки переносяться потоком у зону високого тиску робочого колеса, де навколишній тиск різко зростає, що призводить до їх майже миттєвого вибуху. Це руйнування генерує інтенсивні ударні хвилі та мікроструменеві вибухи з локалізованим тиском, що досягає сотень мегапаскалів, діючи протягом мікросекунд та на площах мікронного масштабу.

Втома матеріалу та ерозія: Ці ударні хвилі багаторазово вдаряють об металеву поверхню робочого колеса (тисячі разів на секунду), викликаючи механічну та корозійну втому. Це поступово зміщує металеві зерна, що призводить до ямкової, стільникоподібної або губчастої ерозії на поверхні.

2. Специфічні небезпеки кавітації для насосів

Погіршення продуктивності: Бульбашки пари закупорюють канали потоку, порушують безперервність рідини та спричиняють значне падіння швидкості потоку, напору та ефективності насоса, часто створюючи обриви та невдачі на кривій продуктивності.

Вібрація та шум: Різке утворення та руйнування бульбашок викликає сильну вібрацію насоса та характерні тріск або шипіння, що погіршує стабільність та робоче середовище.

Пошкодження робочого колеса:

Механічне утворення точкової кори: створює характерну стільникову ерозію.

Електрохімічна корозія: Енергія, що вивільняється під час руйнування, руйнує захисний пасивний шар робочого колеса (особливо критично для нержавіючої сталі), прискорюючи хімічну корозію. Поєднаний вплив призводить до надзвичайно швидкої втрати матеріалу.

У важких випадках це може призвести до перфорації робочого колеса та повної відмови насоса.

Скорочення терміну служби: Пошкодження робочого колеса в поєднанні з прискореним зносом підшипників та ущільнень через вібрацію значно скорочує інтервали технічного обслуговування та загальний термін служби насоса.

3. Ідентифікація та діагностика

Звук: Постійне тріск-д ...

Продуктивність: За постійної швидкості та положення клапана, раптове або поступове падіння потоку, тиску нагнітання (напору) та струму двигуна (споживання потужності).

Вібрація: Аномально високі показники вібрації насоса, особливо в осьовому напрямку.

Візуальний огляд: Розбирання після операції виявляє характерні стільникові виразки на задній стороні вхідних країв лопаті (зона низького тиску).

4. Основні причини (у системах циркуляційного водопостачання)

Недостатня доступна NPSH (NPSHa): Першопричина.

Надмірне розташування насоса: Насос встановлено занадто високо над рівнем рідини, що подається.

Надмірні втрати у всмоктувальній лінії: занадто довгий, вузький всмоктувальний трубопровід, що має занадто багато колін або засмічені фільтри/сітчасті фільтри/приймальні клапани, збільшує падіння тиску.

Висока температура рідини: Поганий теплообмін або високе теплове навантаження в системі підвищує температуру води та її тиск пари, зменшуючи NPSHa.

Низький тиск у системі: Коливання тиску або недостатня кількість підживлювальної води в закритих системах знижують тиск у всмоктувальному резервуарі.

Високий необхідний рівень нагріву насоса (NPSHr):

Невдала конструкція насоса або несприятлива геометрія вхідного отвору робочого колеса/висока швидкість на вході.

Знос або засмічення робочого колеса, що порушує оригінальну гідравлічну конструкцію.

5. Профілактика та рішення

Оптимізація проектування системи (збільшення NPSHa):

Зменште висоту встановлення насоса; по можливості використовуйте затоплений всмоктувальний отвір (рівень рідини вище центральної лінії насоса).

Оптимізуйте всмоктувальний трубопровід: скоротіть довжину, збільште діаметр, мінімізуйте кількість фітингів/клапанів та регулярно очищуйте фільтри/сітчасті фільтри.

Контроль температури рідини: забезпечення ефективної роботи градирень, теплообмінників тощо.

Стабілізація тиску в системі: Підтримуйте належний тиск та підживлення в закритих системах.

Правильний вибір та модифікація (зменшення NPSHr):

Вибирайте насоси з достатнім запасом міцності: Забезпечте NPSHa > NPSHr з достатнім запасом міцності (зазвичай ≥ 0,5-1,0 м).

Оберіть насоси, стійкі до кавітації: моделі з робочими колесами подвійного всмоктування (нижча швидкість на вході) або індукторними лопатками.

Модифікація робочого колеса: Замініть стандартне робоче колесо на антикавітаційну модель (з товстішими вхідними краями, спеціальними аеродинамічними профілями) або професійно змініть форму/підріжте вхід стандартного робочого колеса до чіткішого та тоншого профілю.

Експлуатація та технічне обслуговування:

Наплавлення/покриття: Нанесення кавітаційно-стійких матеріалів (наприклад, сплавів на основі кобальту, карбіду вольфраму) за допомогою лазерного наплавлення, плазмового напилення або зварного наплавлення.

Полімерні покриття: Використовуйте високоефективні епоксидні покриття для менш критичних застосувань.

Пошкоджені робочі колеса слід негайно відремонтувати або замінити.

Уникайте роботи при низькій витраті: внутрішня рециркуляція при низькій витраті сприяє кавітації. Працюйте в межах бажаного робочого діапазону насоса (BEP).

Використовуйте частотно-регульовані приводи (ЧРП): зниження швидкості насоса значно знижує його NPSHr (пропорційно квадрату швидкості), що є ефективним рішенням.

Захист та ремонт поверхонь:

Короткий зміст
Кавітація робочого колеса відцентрових насосів – це системна проблема, що виникає через дисбаланс, коли наявного d" чистого позитивного всмоктувального напору (NPSHa) системи недостатньо для задоволення необхідного d" чистого позитивного всмоктувального напору (NPSHr) насоса. Рішення полягає в подвійному підході: d" Збільшення подачі та зменшення попитуd" – підвищення NPSHa системи та зменшення NPSHr насоса. Завдяки систематичному проектуванню, вибору, експлуатації та технічному обслуговуванню кавітацію можна ефективно запобігати та контролювати.