Кавитация в насосах: причины, признаки и способы устранения

Феномен кавитации возникает в промышленных насосах, когда в жидкости образуются пузырьки насыщенного пара, которые затем резко схлопываются!

Несмотря на безобидный вид, пузыри в насосных системах принципиально отличаются от тех, что дети обычно выдувают. Когда колебания давления внутри насосов приводят к образованию крошечных пузырьков, их последующее схлопывание генерирует мощные и постоянные ударные волны. Со временем эти повторяющиеся удары вызывают эрозию компонентов системы.

Сила кавитации часто достаточна, чтобы вызвать точечную коррозию металлических деталей насоса, таких как рабочее колесо, и повредить уплотнения насоса.

Чтобы предотвратить кавитацию, насосы должны получать полный поток воды. Однако если входное отверстие погружено, этого может быть недостаточно для поддержания необходимого давления. Поэтому в любом насосе самая низкая точка давления находится на стороне всасывания.

В объемных насосах самое низкое давление обычно перед зацеплением ротора

В центробежных насосах — возле входа рабочего колеса

Эта информация важна для оптимальной работы насоса!

Кавитация возможна во всех типах насосов, но здесь мы сосредоточимся на центробежных, так как принципы схожи. В центробежном насосе жидкость втягивается в рабочее колесо через «глаз». Если давление на жидкость недостаточно, образуются пузырьки. При вращении колеса давление растет, и пузырьки схлопываются.

Жидкости имеют определенное давление паров при нормальных условиях. Если давление внутри насоса падает ниже давления паров жидкости, образуются пузырьки. Они схлопываются, попадая в зоны с более высоким давлением. Процесс образования и схлопывания пузырьков при кавитации быстрый и разрушительный. Кроме того, падение давления на всасывании или нагнетании из-за неправильно спроектированных или засоренных трубопроводов также приводит к кавитации.

Кавитация часто издает звук, похожий на перекатывание шариков или гравия внутри насоса, труб или шлангов. Долгосрочные последствия кавитации видны на компонентах, включая рабочее колесо.

Типичные признаки кавитации

• Необычный шум
• Вибрация
• Отказ уплотнений или подшипников
• Эрозия рабочего колеса
• Повышенное энергопотребление

Чтобы устранить кавитацию, сначала нужно определить причину падения давления. Переместить насос ближе к источнику жидкости и сократить количество изгибов и клапанов, так как каждый элемент увеличивает потерю давления.

Основная стратегия — обеспечить, чтобы NPSHa (доступный кавитационный запас) был выше NPSHr (требуемый кавитационный запас) с запасом не менее 10%. Например, если NPSHr = 10 футов, NPSHa должен быть не менее 11 футов.

Поднять уровень жидкости в баке

Увеличить высоту подающего резервуара

Уменьшить потери в трубах (минимум фитингов, правильный диаметр)

Заменить поврежденные компоненты

Очистить трубы от твердых отложений

Прочистить всасывающий фильтр

Заменить корродированные трубы

Проверить, нет ли выступающих уплотнителей внутри труб

фото 1 фото 2 фото 3 фото 4

Основные причины:

1. Засорение фильтров
2. Препятствия в трубах
3. Неправильный проект трубопровода

Как предотвратить
Устанавливать редукторы как можно ближе к насосу. Размещать регулирующие клапаны только на стороне нагнетания, а не всасывания. Избегать карманов, где могут скапливаться воздух или пары.

Регулярное обслуживание насоса
После выбора подходящего насоса регулярное техобслуживание — лучший способ избежать кавитации.

Что нужно делать

• Проверять фильтры и сетки, чтобы избежать засоров
• Составить график ТО для поддержания системы в рабочем состоянии
• Оценить конструкцию системы насоса (расход, высота подачи)
• Сверить данные насоса с требованиями по давлению и расходу
• Контролировать датчики давления
• Проверять трубы и шланги на трещины или деформации

Лучший способ предотвратить кавитацию — правильный выбор насоса и проектирование системы для стабильного давления и потока.

Основные требования:

• NPSHa должен быть больше NPSHr
• Учитывать 4 ключевых фактора:
  1. Расположение насоса
  2. Длина и диаметр всасывающей трубы
  3. Высота всасывания (вертикальное расстояние от источника до входа насоса)
  4. Потери на трение

Установка насоса — задача, требующая внимания к деталям и строгого соблюдения технических норм. От правильности монтажа зависит не только эффективность работы оборудования, но и его долговечность. Ошибки при установке могут привести к перегреву, повышенному шуму, гидроударам и преждевременному износу механизмов.

Расположение насоса
Обеспечить плавный поток жидкости на входе. Всасывающие трубы должны иметь правильный уклон, чтобы корпус насоса оставался заполненным.Центробежные насосы требуют ламинарного потока. Любая турбулентность снижает КПД. Размещать насос как можно ближе к источнику жидкости.

Длина и диаметр всасывающей трубы
Рекомендуется 12 см прямой трубы на каждый см диаметра всасывания. Подключать 5–10 диаметров прямой трубы перед входом насоса. Не устанавливать отводы, клапаны или фильтры в последнем участке трубы. Диаметр трубы должен быть равен или больше входа насоса. Если труба шире, использовать редуктор перед насосом. Скорость потока во всасывающей трубе не должна превышать 2 м/с.

Высота всасывания
Если источник ниже насоса:
1. Всасывающий подъем создает дополнительную нагрузку и турбулентность
2. Лучше устанавливать насос ниже уровня жидкости в баке.

Потери на трение
Трение между жидкостью и стенками трубы вызывает падение давления.

Как минимизировать:
1. Соблюдать стандарты проектирования трубопроводов
2. Избегать резких изменений скорости потока.

Рекомендации по проектированию труб

Минимум 10 диаметров прямой трубы перед первым отводом. Использовать эксцентриковые переходы на всасывающем трубопроводе для исключения скапливания воздуха. Минимизировать количество отводов, выбирать длинные радиусы.

Заключение

Кавитация представляет собой сложное физическое явление с двойственным характером воздействия. С одной стороны, это явление успешно применяется в полезных технологических процессах, таких как ультразвуковая стерилизация жидкостей, гидродинамическая очистка поверхностей и интенсификация химических реакций. С другой стороны, в работе промышленных насосов кавитация становится крайне нежелательным эффектом, вызывающим эрозию рабочих колес и корпуса оборудования, опасные вибрации, снижение энергоэффективности и преждевременный износ узлов.

Именно поэтому профилактика кавитационных процессов в насосных системах через контроль рабочих параметров и оптимизацию конструкции приобретает критическое значение для снижения эксплуатационных затрат и предотвращения аварийных простоев технологического оборудования.