Kavitation er et almindeligt problem under driften af centrifugalpumper, hvilket kan forårsage en stigning i pumpens vibrationer og støj, et fald i ydeevne og alvorlig skade på komponenter.
Denne artikel udforsker ikke den faglige teoretiske viden om kavitation, men forsøger kun at bruge et relativt simpelt sprog til at give en detaljeret introduktion til flere almindelige typer af kavitation i centrifugalpumper, farerne ved kavitation og almindeligt anvendte foranstaltninger til at forbedre kavitation på stedet.
1. Typer af kavitation
Fra stedet for forekomsten kan kavitation opdeles i bladkavitation, spaltekavitation, ru kavitation, kavitationskavitation og tilbageløbskavitation.
(1) Bladkavitation
Når der opstår kavitation, sker dannelsen og sprængningen af bobler hovedsageligt på forsiden og bagsiden af bladene, også kendt som aerofoil kavitation, som er den vigtigste form for kavitation i centrifugalpumper. Når pumpen er installeret for højt, selvom pumpen kører under designforhold, er der tendens til et lavt-trykområde på bagsiden af bladets indløb og udløb:
1) Når pumpen arbejder under høje flowforhold, opstår der strømningsseparation og hvirvler på forkanten af bladene, hvilket skaber undertryk, der kan forårsage kavitation på forsiden af bladene.
2) Når pumpen arbejder under lavt flow, genereres der hvirvler på bagsiden af bladene, hvilket skaber en lav-trykzone og forårsager kavitation på bagsiden af bladene.
(2) Gab kavitation
Det refererer til den kavitation, der dannes, når væsken strømmer gennem en smal kanal eller spalte, hvilket forårsager en lokal stigning i strømningshastigheden og et fald i trykket til fordampningstrykket af strømningskomponenterne.
Ved mellemrummet mellem den slidbestandige-ring af centrifugalpumpehuset og yderkanten (dækpladen) af pumpehjulet, under trykforskellen (især stor trykforskel) på begge sider af pumpehjulets indløb og udløb, strømmer væsken på udløbssiden tilbage med høj hastighed, hvilket forårsager lokalt trykfald og kavitation
I den lille spalte mellem yderkanten af aksialstrømspumpebladene og pumpehuset, under påvirkning af trykforskellen mellem bladenes for- og bagside, kan den høje omvendte strømningshastighed af væsken i spalten også forårsage lokalt trykfald, hvilket resulterer i kavitation ved den tilsvarende yderkant af bladene i pumpehuset, og danner en ru kant af bikage- og udkantskanten på overfladen af hulkageblade og -blade.
(3) Grov kavitation
Ru kavitation refererer til dannelsen af hvirvler nedstrøms for fremspring, når væske strømmer gennem den ujævne overflade af ru flowkomponenter inde i pumpehuset, hvilket forårsager et lokalt trykfald og fører til kavitation.
Under støbning og bearbejdning af pumpeflowkomponenter kan overfladeujævnheder, sandhuller, lufthuller osv. forårsage pludselige ændringer i den lokale flowtilstand og resultere i kavitation.
(4) Kavitation i hulrum
Kavitation i et hulrum refererer til dannelsen af et spiralhvirvelbånd i sugekammeret ved indløbet af en pumpe på grund af dårlige vandindløbsforhold eller utilstrækkelig nedsænkningsdybde. Når hvirvelbåndets centrale tryk falder til fordampningstrykket, vil der også opstå kavitation, ledsaget af kraftige vibrationer.
(5) Tilbageløbskavitation
Generelt set er forudsætningen for kavitation NPSHa
Når pumpeflowhastigheden er for lav, eller indløbstrykket er for højt, opstår der tilbagestrømning. Når pumpestrømningshastigheden er for lav, forekommer intern tilbagesvaling ved indløbet af pumpehjulet; Når pumpens indløbstryk er for højt, opstår der intern tilbagesvaling ved udløbet af pumpehjulet. Intern tilbagesvaling forårsager en stigning i væskestrømningshastigheden, indtil fordampning producerer bobler, som derefter brister under højere omgivende tryk. Når der forekommer intern tilbagestrømning ved sugeporten, vil der blive udsendt uregelmæssig knitrende støj omkring pumpens sugeport, ledsaget af høj-detonationslyd.
Reflukskavitation kan generelt forbedres gennem følgende metoder:
1) Øg pumpens udgangsflowhastighed.
2) Installer en bypass mellem pumpens indløb og udløb (denne metode er svær for kunder at acceptere i praktiske applikationer).
3) Optimer løbehjulets struktur (reducer løbehjulets indløbsareal).
2. Farerne ved kavitation
(1) Ydeevneforringelse, rørledningsskader
Kavitation kan reducere pumpens ydeevne betydeligt. Normalt, for centrifugalpumper, når indgangstrykket falder til en vis grad, vil deres ydeevne falde kraftigt, hvilket også er kendt som kavitationsbrud. Kavitation kan også forårsage ustabilitet inde i væsken, hvilket kan føre til svingninger i flow og tryk. Ved hjælp af disse svingninger kan det forårsage skade på pumpen og dens indløbs- og udløbsrørledninger.
(2) Alvorlig beskadigelse af pumpens overstrømskomponenter
Kavitation kan forårsage beskadigelse af komponenternes overflade. Når bobler brister, genererer den omgivende væske et ekstremt højt slagtryk (spidstryk) på op til 49 MPa. Når kavitationens hydrauliske styrke overstiger materialets evne til at modstå denne påvirkning, kan det føre til lokal vægmaterialesvigt og løsrivelse af overflademateriale. Kavitation opstår samtidigt med kemisk og elektrokemisk korrosion. Størrelsen af gruberne genereret af korrosion og plastisk deformation af materialer i det tidlige stadie af kavitation er omkring 10 μm til 50 μm, især for nogle materialer med dårlig korrosionsbestandighed, som kan udvise honeycomb-lignende strukturer under langvarig-kavitation.
(3) Generer vibrationer og støj
I det øjeblik, hvor boblen kondenserer, krymper og brister, fylder væsken omkring boblen hulrummet med høj hastighed (dannet af kondenseringen og sprængningen af boblen), hvilket genererer trykpulseringer og dermed spændende vibrationer og støj. Frekvensen af kavitationsstøj er generelt mellem 10 kHz og 100 kHz, mens frekvensen af kavitationsstøj forårsaget af refluks og trykpulsering er omkring et par hundrede Hz, hvilket gør det menneskelige øre særligt følsomt. Samtidig kan kavitation også stimulere vibration, og hovedfrekvensen af vibrationer genereret af kavitation er generelt omkring 1 kHz.
Kavitation er ikke kun karakteriseret ved høje støjniveauer, men også af vibrationsindikatorer såsom utilstrækkelig stivhed af pumpebasen og dårlig rørledningsstøtte, hvilket kan forårsage strukturel resonans; Efter installationen af pumpen er basen fyldt med beton, og rørledningens støttestivhed er tilstrækkelig, hvilket generelt ikke forårsager stærke vibrationsfænomener. Men gennem vibrationsmåling på pumpehuset er højfrekvente komponenten af vibrationsfrekvensen genereret af kavitation dominerende, og accelerationsværdien af vibrationen er højere end vibrationsforskydningen og vibrationshastigheden.
3. Fælles foranstaltninger til forbedring af kavitationsydelse
(1) Foranstaltninger til forbedring af selve centrifugalpumpernes anti-kavitationsydelse
1) Forbedre pumpens sugeportdesign
Ved at slibe pumpehjulet kan flowarealet øges;
Forøg krumningsradius af indløbssektionen af pumpehjulets dækplade for at reducere den hurtige acceleration og trykfald af væskestrømmen;
Reducer tykkelsen af klingeindløbet passende og rund klingeindløbet (poler klingehovedet, slib det for at reducere stødtabet af indløbet og reducerer følsomheden af indløbsvinklen, og det nødvendige kavitationstillæg kan reduceres med ca. 0,5 meter), hvilket gør det tæt på en strømlinet form, og reducerer også accelerationen og trykfaldet omkring bladet;
Forbedre overfladeglatheden af pumpehjulet og bladindløbet for at reducere modstandstab;
Forlæng bladets indløbskant mod pumpehjulets indløb for at tillade væskestrømmen at modtage arbejde på forhånd og øge trykket.
2) Tilføj et forreste induktionshjul
Få væskestrømmen til at arbejde på forhånd i det forreste induktionshjul for at øge væskeflowtrykket (denne ordning kræver strukturelle ændringer og omkalibrering af forskellige designparametre).
3) Vedtagelse af dobbelt sugehjul
Forøg løbehjulets indløbsareal og reducer indløbsvæskens strømningshastighed (fald i strømningshastighed og stigning i tryk).
4) Brug af en lidt større positiv angrebsvinkel
For at øge bladets indløbsvinkel skal du reducere bøjningen ved bladets indløb, minimere klingeblokering og dermed øge indløbsarealet;
Forbedre arbejdsforholdene under høje flowforhold for at reducere flowtab. Men den positive angrebsvinkel bør ikke være for stor, ellers vil det påvirke effektiviteten.
5) Brug af en lav-pumpe
Jo lavere omdrejningshastighed, jo mindre er NPSHr.
6) Brug af anti-kavitationsmaterialer
Praksis har vist, at jo højere styrke, hårdhed og sejhed et materiale har, desto bedre er dets kemiske stabilitet og desto stærkere modstand mod kavitation.
(2) Foranstaltninger til at øge apparatets kavitationstillæg
1) Øg trykket på væskeniveauet i lagertanken før pumpen for at forbedre den effektive kavitationskvote.
2) Reducer pumpens installationshøjde i sugeanordningen, især ved transport af varmt vand som medium, og overvej forholdet mellem sugehøjden og mediumtemperaturen.
3) Udskift sugeanordningen med en tilbageløbsanordning.
4) Reducer flowtabet i sugerørledningen før pumpen. Hvis det er muligt, forkort rørledningen inden for det påkrævede område, brug passende sugerørledningsdiameter og filterfiltreringsområde (hvis nogen) for at reducere strømningshastigheden i rørledningen, reducere antallet af bøjninger og ventiler og øge ventilåbningen så meget som muligt.
5) Hvis hulkavitationen er alvorlig, kan metoden til at bore balancehuller på pumpehjulet anvendes for at reducere lækagestrømningshastigheden og lindre graden af kavitation. Balancehullerne på bladene har en ødelæggende og forstyrrende effekt på den indsprøjtede væskestrøm ved pumpehjulets indløb. Balancehullernes areal bør ikke være mindre end 5 gange frigangsarealet af tætningsringen for at reducere lækagestrømningshastigheden og derved reducere påvirkningen af hovedvæskestrømmen og forbedre pumpens anti-kavitationsevne.
6) Erfaring har vist, at med udgangspunkt i kavitationsmekanismen kan tilførsel af en passende mængde gas til sugeporten forstyrre betingelserne for, at kavitation opstår. Det er imidlertid yderst teknisk at bruge luftsupplering til at forhindre pumpekavitation, og kun med passende luftfyldningsvolumen, placering og metode kan gode resultater opnås. Ellers vil det forårsage et betydeligt fald i pumpens flowhastighed, løftehøjde og effektivitet og endda føre til flowafbrydelse og negative konsekvenser under drift.
I betragtning af vanskeligheden ved at kontrollere den passende mængde lufttilførsel og nøjagtig måling, kombineret med forfatterens praksis, anbefales det at bruge en nåleventil, der kan justere flowhastigheden for lufttilførselsventilen. Under-justering på stedet kan kavitationsstøj bruges til at skelne mellem: juster indsugningsvolumen gennem nåleventilen, indtil kavitationsstøj er minimeret (nogle systemer kan fuldstændigt eliminere støj, men nogle systemer kan kun reducere kavitationsstøj, ikke helt eliminere den), juster derefter nåleventilen lidt tilbage for at reducere indsugningsvolumen, og observer derefter unormale driftsforhold, indtil der forekommer unormale driftsforhold, og observer under forskellige driftsforhold. lås åbningen af nåleventilen. Denne metode bør aldrig sænke lyden til det laveste niveau! Hvis indgangstrykket er positivt, når pumpen holder op med at køre, skal der installeres en kontraventil for at forhindre lækage.
7) Forskning har fundet ud af, at når mediet indeholder flygtige gasser og faste partikler såsom sand, vil pumpens kavitationsydelse falde. For at sikre at pumpen ikke oplever kavitation, bør pumpens sugehøjde reduceres med mindst 4,2 meter fra den beregnede højde på det rene vand. Det er værd at være opmærksom på i den kommunale branche.