Keskipakopumppujen perusperiaatteet: Kavitaatio

Kavitaatiotyypit keskipakopumpuissa

Kavitaation vähentämiseksi tai estämiseksi keskipakopumpuissa on tärkeää ymmärtää erilaisia ​​kavitaatiotyyppejä, joita voi esiintyä. Näitä tyyppejä ovat:

1. Höyrystyskavitaatio. Tämä tunnetaan myös nimellä "tyypillinen kavitaatio" tai "positiivinen nettoimupään puute (NPSHa) -kavitaatio", tämä on yleisin kavitaatiotyyppi. Keskipakopumppu lisää nesteen nopeutta, kun se vedetään juoksupyörän reikien läpi. Nopeuden kasvu vastaa nesteen paineen laskua. Paineen alentaminen voi saada osan nesteestä kiehumaan (höyrystymään) ja muodostamaan höyrykuplia, jotka romahtavat rajusti saavuttaessaan korkeapainealueen ja muodostavat pienen paineaallon.

 

2. Turbulentti kavitaatio. Putkijärjestelmän osat, kuten kulmakappaleet, venttiilit, suodattimet jne., eivät välttämättä sovellu pumpattavan nesteen tilavuuteen tai luonteeseen, mikä voi aiheuttaa pyörrevirtoja, turbulenssia ja paine-eroja koko nesteeseen. Kun nämä ilmiöt ilmaantuvat pumpun sisääntuloon, ne syövyttävät suoraan pumpun sisäosia tai aiheuttavat nesteen höyrystymistä.

 

3. Lehtioireyhtymä kavitaatio. Tunnetaan myös nimellä "blade through -oireyhtymä", tämän tyyppistä kavitaatiota esiintyy, kun juoksupyörän halkaisija on liian suuri tai pumppupesän sisäpinnoite on liian paksu / pumppupesän sisähalkaisija on liian pieni. Jompikumpi tai molemmat näistä olosuhteista vähentävät pumppupesän tilaa (välystä) hyväksyttävän tason alapuolelle. Pumpun kotelon välyksen pienentäminen johtaa nesteen virtausnopeuden kasvuun, mikä johtaa paineen laskuun. Alennettu paine voi aiheuttaa nesteen höyrystymisen, jolloin muodostuu kavitaatiokuplia.

 

4. Sisäinen kierrätyskavitaatio. Kun pumppu ei pysty poistamaan nestettä halutulla virtausnopeudella, se saa osan tai kaiken nesteen kierrättämään juoksupyörän ympärillä. Kierrätetty neste kulkee matalapaineisten ja korkeapaineisten alueiden läpi, mikä johtaa lämpöön, suureen nopeuteen ja höyrystyvien kuplien muodostumiseen. Yleinen sisäisen kierrätyksen syy on pumpun käyminen pumpun poistoventtiilin ollessa kiinni (tai alhaisella virtausnopeudella -).

 

5. Ilman kuljettaminen kavitaatiolla. Ilmaa voi imeytyä pumppuun viallisen venttiilin tai löystyneen liittimen kautta. Pumpun sisällä ilma virtaa nesteen mukana. Nesteen ja ilman liike voi muodostaa kuplia, jotka "räjähtävät" joutuessaan alttiiksi pumpun juoksupyörän kohonneelle paineelle.

 

Kavitaatiota aiheuttavat tekijät

NPSH, NPSHa ja NPSHr

NPSH on keskeinen tekijä kavitaation estämisessä keskipakopumpuissa. NPSH on erotus todellisen imupaineen ja nestehöyryn paineen välillä, mitattuna pumpun tuloaukosta. NPSH-arvon on oltava korkea, jotta neste ei höyrysty pumpussa. NPSHa on todellinen NPSH pumpun käyttöolosuhteissa. Vaadittu positiivinen nettoimukorkeus (NPSHr) on pumpun valmistajan ilmoittama pienin NPSH kavitaation välttämiseksi. NPSHa on imuputken ja pumpun asennus- ja käyttötietojen funktio. NPSHr on pumpun suunnittelun funktio ja sen arvo määritetään pumpputestauksella. NPSHr ilmaisee käytettävissä olevan nostokorkeuden testiolosuhteissa ja ottaa tavallisesti 3 %:n pudotuksen pumpun nostokorkeudessa (monivaihepumpuissa, kannen juoksupyörän pää) kavitaation tunnistamisen perustana. NPSHa:n tulee aina olla suurempi kuin NPSHr kavitaation välttämiseksi.

Ilman kulkeutuminen ja sen rooli kavitaatiossa
Kun ilmaa tulee pumpun imulinjaan, ilma imeytyy sisään, mikä lisää kavitaatioriskiä. Tämä voi johtua pumpun väärästä täytöstä, imuputken vuodosta ja pyörteisestä tai pyörteisestä virtauksesta imuputkessa. Nesteessä oleva ilma muodostaa pieniä kuplia, jotka voivat pumpun paineolosuhteissa edistää kavitaatioprosessia tai pahentaa sitä. Ilman kulkeutumisen vähentäminen on avainasemassa kavitaatioriskin minimoimiseksi. Tämä voidaan saavuttaa noudattamalla vähimmäisupotusvaatimuksia, varmistamalla putkiliitäntöjen asianmukainen tiivistys, ylläpitämällä riittävää NPSHa:ta ja välttämällä turbulenssia pumpun tuloaukossa.

 

Kavitaatioriskiin liittyvien pumppu- ja järjestelmäkäyrien analyysi

 

Pumppu- ja järjestelmäkäyräanalyysi on tärkeä työkalu kavitaatioriskin ymmärtämiseen ja vähentämiseen. Pumpun ja järjestelmän käyrien leikkauspisteet kuvaavat pumpun virtauksen, noston ja tehokkuuden suorituskykyä eri järjestelmäolosuhteissa. Analysoimalla pumppu- ja järjestelmäkäyriä käyttäjä voi määrittää pumpun optimaalisen toiminta-alueen ja välttää alueita, joiden tiedetään aiheuttavan kavitaatiota. Näihin alueisiin kuuluvat tilanteet, joissa virtausnopeus on erittäin suuri tai imukorkeus on erittäin alhainen. Erityistä huomiota tulee kiinnittää minimivirtauspisteeseen, koska tämän nopeuden alapuolella toimiminen lisää suuresti kavitaatioriskiä. Pumppukäyrien oikea käyttö auttaa tekemään päätöksiä pumpun valinnasta, käyttönopeudesta ja tarvittavista varotoimista keskipakopumppujen kavitaation minimoimiseksi.

 

Strategiat kavitaation vähentämiseksi

Nosta NPSHaa kavitaation estämiseksi
Kavitaation välttämiseksi on tärkeää varmistaa, että NPSHa on suurempi kuin NPSHr. Tämä voidaan tehdä seuraavasti:

1. Pienennä pumpun korkeutta suhteessa imusäiliöön/säiliöön. Voi nostaa imusäiliön/altaan tasoa tai pienentää pumpun asennuskorkeutta. Tämä lisää NPHa:ta pumpun tuloaukossa.

 

2. Suurenna imuputken halkaisijaa. Tämä vähentää nesteen nopeutta tasaisella virtausnopeudella, mikä vähentää putkien ja liitososien imupäiden häviöitä.

 

3. Vähennä lisävarusteiden pään menetystä. Vähennä pumpun imuputken liitäntöjen määrää. Käytä lisävarusteita, kuten pitkän säteen taivutuksia, täyshalkaisijaventtiilejä ja kartiomaisia ​​putkia vähentääksesi putkiliitosten aiheuttamaa imukorkeuden menetystä.

 

4. Vältä mahdollisuuksien mukaan suodattimien ja suodattimien asentamista pumpun imuputkeen, koska ne aiheuttavat yleensä kavitaatiota keskipakopumpussa. Jos tätä ei voida välttää, varmista, että suodatin ja pumpun imuputken suodatin tarkistetaan ja puhdistetaan säännöllisesti.

 

5. Jäähdytä pumpattua nestettä sen höyrynpaineen alentamiseksi.

 

Tutustu NPSH-marginaaliin kavitaation estämiseksi

NPSH-marginaali on NPSH:n ja NPSHr:n välinen ero. Suuri NPSH-marginaali vähentää kavitaatioriskiä, ​​koska se tarjoaa turvatekijän, joka estää NPSH:n putoamisen normaalin toimintatason alapuolelle käyttöolosuhteiden vaihtelujen vuoksi. NPSH-marginaaliin vaikuttavia tekijöitä ovat nesteen ominaisuudet, pumpun nopeus ja imuolosuhteet. Insinöörien on laskettava ja maksimoitava tämä marginaali suunnittelu- ja käyttösuunnitteluvaiheessa pumpun luotettavan suorituskyvyn varmistamiseksi ja kavitaatioriskin minimoimiseksi. Säännöllinen seuranta ja säätö, joka perustuu reaaliaikaiseen toimintatietoon, auttaa ylläpitämään tehokkaan NPSH-marginaalin.

 

Säilytä pumpun minimivirtaus

Sen varmistaminen, että keskipakopumppu toimii määritellyn minimivirtausnopeuden yläpuolella, on ratkaisevan tärkeää kavitoinnin vähentämiseksi. Optimaalisen virtausalueen (sallitun työalueen) alapuolella toimivat keskipakopumput lisäävät matalapainevyöhykkeiden todennäköisyyttä, mikä voi aiheuttaa kavitaatiota. Jokaisella keskipakopumpulla on pumpun ominaiskäyrä, joka näyttää vähimmäisvirtausnopeuden, joka tarvitaan toimintaongelmien, kuten kavitaatioiden, estämiseksi. Tämä minimivirtaus voidaan ylläpitää käyttämällä virtauksensäätömenetelmiä, kuten ohituslinjoja, säätöventtiilejä tai muuttuvanopeuksisia pumppuja. Tämä on erityisen tärkeää käynnistys- tai sammutusvaiheessa, kun pumpun tarve muuttuu.

 

Juoksupyörän suunnitteluun liittyviä näkökohtia kavitaation vähentämiseksi

Juoksupyörän suunnittelulla on tärkeä rooli sen suhteen, onko keskipakopumppu alttiina kavitaatiolle. Juoksupyörä, jossa on vähemmän ja suurempia lapoja, pyrkii kiihdyttämään nestettä vähemmän, mikä vähentää kavitaatioriskiä. Lisäksi siipipyörät, joissa on suuret tulohalkaisijat tai kapenevat siivet, auttavat hallitsemaan nesteiden virtausta tasaisemmin, minimoiden turbulenssia ja kuplien muodostumista. Juoksupyörien ja pumppujen käyttöikää voidaan pidentää käyttämällä materiaaleja, jotka kestävät kavitaatiovaurioita.

Käytä antikavitaatiolaitteita

Kavitaatiota ehkäisevät laitteet, kuten virtauksensäätötarvikkeet tai kavitaatiota estävät vuoraukset, voivat vähentää tehokkaasti kavitaatiota. Näiden laitteiden tehtävänä on ohjata juoksupyörän ympärillä olevaa nestedynamiikkaa, mikä takaa vakaamman virtauksen ja vähentää turbulenssia ja kavitaatiota aiheuttavia matalapainealueita. Virtauksen tasasuuntaajia voidaan käyttää vähentämään nesteen pyörteitä ja parantamaan pumpun tuloolosuhteita. Kavitaatiota estävä vuoraus rikkoo kuplan ennen kuin se räjähtää ja suojaa juoksupyörää ja pumpun koteloa vaurioilta.

 

On tärkeää mitoittaa pumppu oikein kavitaation estämiseksi

Oikean pumpputyypin valitseminen ja oikean koon määrittäminen tiettyyn sovellukseen on ratkaisevan tärkeää kavitaation estämiseksi. Ylisuuret pumput voivat toimia vähemmän tehokkaasti pienemmillä virtausnopeuksilla, mikä lisää kavitaatioriskiä, ​​kun taas alimitoitettujen pumpun on ehkä työskenneltävä kovemmin täyttääkseen virtausvaatimukset, mikä lisää myös kavitaatioiden todennäköisyyttä. Oikea pumpun valinta sisältää maksimi-, normaali- ja vähimmäisvirtausvaatimusten, nesteen ominaisuuksien ja järjestelmän sijoittelun yksityiskohtaisen analyysin sen varmistamiseksi, että pumppu toimii määritetyllä toiminta-alueella. Tarkka valinta estää kavitaatiota ja parantaa pumpun tehokkuutta ja luotettavuutta koko sen elinkaaren ajan. Keskipakopumppujen kavitaatio voi vaikuttaa tehokkuuteen ja lyhentää käyttöikää vahingoittamalla tärkeitä komponentteja. Käsiteltyjen strategioiden toteuttaminen, kuten pumpun suunnittelun ja valinnan optimointi, asianmukaisten virtausnopeuksien ylläpitäminen ja riittävien NPSH-marginaalien varmistaminen, vähentää merkittävästi kavitaatioriskiä. Säännöllinen valvonta ja huolto varmistaa, että pumppu toimii optimaalisissa olosuhteissa, mikä lisää käyttöikää ja eri sovellusten luotettavuutta. Ennakoivilla toimenpiteillä laitteet voivat parantaa suorituskykyä ja välttää kalliita vaurioita ja kavitaation aiheuttamia vaaroja.