Подробно о процессе кавитации | Статьи по промышленным насосам от Richflow
24 марта 2017
Кавитация – это явление образования в жидкости небольших и практически пустых полостей (каверн), которые расширяются до больших размеров, а затем быстро разрушаются, производя резкий шум. Кавитация происходит в насосах, винтах, рабочих колесах (гидротурбинах) и в сосудистых тканях растений.
Обзор
Согласно определению Кристофера Бреннена: «Когда жидкость подвергается давлению ниже порогового (напряжению растяжения), тогда сплошность ее потока нарушается, и образуются парообразные полости. Это явление называется кавитацией. Когда местное давление жидкости в некоторой точке падает ниже величины, соответствующей давлению насыщенного пара при данной окружающей температуре, тогда жидкость переходит в другое состояние, образуя, в основном, фазовые пустоты, которые называются кавитационными пузырями. Возможно и другое образование кавитационных пузырей путем местной подачи энергии.
Это может быть достигнуто фокусировкой интенсивного лазерного импульса (оптическая кавитация) или искрой электрического разряда».
Физический процесс кавитации точно такой же, как и процесс, происходящий во время закипания. Основное различие между ними – это изменение фазового состояния жидкости. Закипание – процесс, при котором местное давление насыщенного пара жидкости выше местного окружающего давления и присутствует достаточно энергии, чтобы изменить нормальное состояние жидкости в газообразное.
Для кавитационного явления нужна поверхность образования кавитационных “пузырей”. Этой поверхностью являются нечистоты на стенках водосборника и примеси, содержащиеся в жидкости. Общепринятым является то, что водоотталкивающая (гидрофобная) поверхность стабилизирует появление небольших пузырей. Эти пузыри, появившиеся раньше, начнут неограниченно расти, когда их подвергнут пороговому давлению, названному порогом Блэйка.
Трудности
Кавитация во многих случаях нежелательна.
Когда разрушаются кавитационные пузыри, энергия жидкости сосредотачивается в очень небольших объемах. Тем самым, образуются места повышенной температуры и возникают ударные волны, которые являются источниками шума. Шум, создаваемый кавитацией, является особой проблемой на подводных лодках (субмаринах), так как из-за шума их могут обнаружить. При разрушении каверн освобождается много энергии, что может вызвать основные повреждения. Кавитация может разрушить практически любое вещество. Последствия, вызванные разрушением каверн, ведут к большому износу составных частей и могут значительно сократить срок службы винта и насоса
Достоинства
Хотя кавитация нежелательна во многих случаях, однако есть исключения. Например, сверхкавитационные торпеды, используемые военными, обволакиваются в большие кавитационные пузыри.
Кавитация может быть полезной при ультразвуковой очистке устройств. Эти устройства создают кавитацию, используя звуковые волны и разрушение кавитационных пузырей для чистки поверхности. Используемая таким образом, потребность в отчистке от вредных химических веществ может быть уменьшена во многих промышленных и коммерческих процессах, где требуется отчистка как этап производства. До сих пор подробности того, как пузыри производят отчистку, до конца не поняты.
В промышленности, кавитация часто используется для гомогенизирования, или смешивания, и отсадки взвешенных частиц в коллоидном жидкостном составе, например, смеси красок или молоке. Многие промышленные смесители основываются на этом разработанном принципе. Обычно это достигается благодаря конструкции гидротурбин или путем пропускания смеси через кольцевидное отверстие, которое имеет узкое входное отверстие и значительно большее выходное: вынужденное уменьшение давления приводит к кавитации, поскольку жидкость стремится в сторону большего объема.
Также были разработаны кавитационные водные устройства очистки, в которых граничные условия кавитации могут уничтожить загрязняющие вещества и органические молекулы. Спектральный анализ света, испускаемого в результате сонохимической реакции, показывает химические и плазменные базовые механизмы энергетической передачи. Свет, испускаемый кавитационными пузырями, называется сонолюминесценцией.
Применение в биомедицине
Кавитация играет важную роль для уничтожения камней в почках посредством ударной волны лизотрипсии (лизотриптор).
В настоящее время исследованиями показано, что кавитация может быть использована для перемещения больших молекул внутрь биологических клеток (сонопорация).
Насосы и винты
Основные места возникновения кавитации – насосы, винты или границы проточных жидкостей.
Так как лопасти гидротурбины (в насосах) или лопасти гребного винта (в случае применения на суднах или подлодках) вращаются в жидкости, то возникают области низкого давления, поскольку вокруг лопастей жидкость ускоряется и следует за ними. Чем быстрее будут вращаться лопасти, тем ниже может оказаться давление вокруг них. Таким образом, достигается давление насыщенного пара, жидкость испаряется и образует небольшие пузыри газа. Это и называется кавитацией. Когда позже пузыри разрушаются, то они обычно приводят к очень сильным местным ударам волны в жидкости, которые могут сопровождаться шумами и могут даже повредить лопасти. Кавитация в насосах может быть двух видов: всасывающая и нагнетательная.
Всасывающая кавитация
Всасывающая кавитация происходит, когда работа насоса в режиме всаса происходит под низким давлением/высокое вакуумное условие, где жидкость превращается в пар внутри центробежного насоса. Этот пар переносится на нагнетательную сторону насоса, где вакуум больше не обнаруживается и снова сжимается до жидкостного состояния под влиянием нагнетательного давления. Это сжатие происходит мгновенно и оказывает влияние на лицевую поверхность гидротурбин. У гидротурбин, которые работают под воздействием условий всасывающей кавитации, обнаруживают нехватку на лицевой поверхности больших кусков материала, что ведет к преждевременному выходу из строя насосов.
Нагнетательная кавитация
Нагнетательная кавитация происходит при чрезвычайно высоком нагнетательном давлении насоса. Нагнетательная кавитация обычно появляется в насосе, который работает при отклонении на 10% от своего КПД. Высокое нагнетательное давление вызывает циркуляцию жидкости внутри насоса вместо того, чтобы выдавать нужный объемный расход.
Кавитация в двигателях
Некоторые большие по размеру дизельные двигатели страдают от кавитации из-за высокого сжатия и малогабаритных стенок цилиндра. В результате на стенках цилиндра делают специальные дыры, которые позволяют охлажденной жидкости попадать в цилиндр.
Сосудистые растения
Кавитация происходит в ксилемных сосудистых растениях, когда водный потенциал становится таким большим, что растворившийся в воде воздух расширяется, чтобы заполнить клетки растения, или элементы сосудов, капилляры. Обычно растения способны исправить кавитационную ксилему, например, при помощи корневого давления, но для других растений, таких как виноградники, кавитация часто приводит к гибели. В некоторых деревьях ясно слышен кавитационный шум. Осенью температурное понижение увеличивает образование воздушных пузырей в капиллярах некоторых видов растений, что вызывает опадание листьев.
Пуля из пузыря
Недавно норвежская компания DSG Technology представила новый тип боеприпасов для стрелкового оружия, которыми можно эффективно вести огонь как на суше, так и под водой.
Новые пули используют одно из физических явлений, с которым лучше всего знакомы моряки. Речь идет о кавитации — процессе образования и быстром схлопывании в жидкости пузырьков, заполненных паром. Изначально явление кавитации считалось вредным, способным только вредить кораблям. Но позднее ему нашли и полезное применение. Мы решили вспомнить, каким образом военные используют кавитацию себе на пользу.
Во второй половине XIX века начали появляться пароходы с гребными винтами, способные развивать скорость в несколько десятков узлов. Эти машины могли быстро перевозить пассажиров и вообще выгодно отличались от медлительных парусных судов. Однако вскоре моряки столкнулись с неприятным эффектом: поверхность гребных винтов через некоторое время эксплуатации становилась шершавой и разрушалась. Гребные винты тогда изготавливались из стали и сами по себе быстро корродировали в воде, поэтому их разрушение поначалу списывали на неблагоприятное воздействие морской воды.
Кавитация — физическое явление, при котором в жидкости позади быстро движущегося объекта возникают мельчайшие пузырьки, заполненные паром. Например, при вращении гребного винта такие пузырьки появляются позади лопастей и на их задней кромке. Появившись, эти пузырьки практически моментально схлопываются и образуют ударную волну. От каждого пузырька в отдельности она совсем незначительна, однако при длительной эксплуатации эти ударные микроволны, помноженные на количество пузырьков, приводят к разрушению конструкции винтов. Шершавые, растерявшие часть лопасти винты существенно теряют в своей эффективности.
Современные гребные винты изготавливаются из специального сплава — куниаля. Это сплав на основе меди с добавлением никеля и алюминия. Отсюда и название — куниаль (CuNiAl, Cuprum-Niccolum-Aluminium). Сплав по прочности соответствует стали, но не подвержен коррозии; гребные винты из куниаля могут находиться в воде десятилетиями без какого-либо вреда.
Тем не менее, даже эти современные гребные винты подвержены разрушению из-за кавитации. Но специалисты научились продлевать срок их службы, создав гидроакустическую систему. Она определяет начало кавитации, чтобы экипаж мог снизить частоту вращения винтов для предотвращения образования пузырьков.
В 1970-х годах для кавитации было найдено полезное применение. Научно-исследовательский институт ВМФ СССР разработал скоростную подводную ракету-торпеду «Шквал». В отличие от обычных торпед, использовавшихся тогда и стоящих на вооружении сегодня, «Шквал» может развивать колоссальную скорость — до 270 узлов (около 500 километров в час). Для сравнения, обычные торпеды могут развивать скорость от 30 до 70 узлов в зависимости от типа. При разработке ракеты-торпеды «Шквал» исследователи благодаря кавитации сумели избавиться от сопротивления воды, мешающего кораблям, торпедам и подводным лодкам развивать большие скорости.
Любой даже обтекаемый объект под водой имеет большое лобовое сопротивление.
Это связано с плотностью и вязкостью воды — бóльшими, чем у воздуха. Кроме того, при движении под водой поверхности объекта смачиваются и на них появляется тонкий ламинарный слой с большим градиентом скорости — от нуля у самой поверхности объекта до скорости потока на внешней границе. Такой ламинарный слой создает дополнительное сопротивление. Попытка преодолеть его, например мощностью двигателей, приведет к увеличению нагрузок на гребные винты и быстрому износу корпуса подводного объекта из-за деформации.
Советские инженеры во время экспериментов выяснили, что кавитация позволяет существенно снизить лобовое сопротивление подводного объекта. Ракета-торпеда «Шквал» получила ракетный двигатель, топливо в котором начинает окисляться при контакте с морской водой. Этот двигатель может разгонять ракету-торпеду до большой скорости, на которой в носовой части «Шквала» начинает образовываться кавитационный пузырь, полностью обволакивающий боеприпас. Образованию кавитационного пузыря способствует специальное устройство в носовой части ракеты-торпеды — кавитатор.
Кавитатор на «Шквале» представляет собой наклоненную плоскую шайбу, в центре которой размещено отверстие для забора воды. Через это отверстие вода поступает в двигательный отсек, где происходит окисление топлива. На краях же шайбы кавитатора и образуется кавитационный пузырь. В этом пузыре ракета-торпеда буквально летит. Модернизированная версия «Шквала» может поражать корабли противника на дальности до 13 километров. По сравнению с дальностью обычных торпед (30–140 километров) это немного, и в этом заключается главный недостаток боеприпаса. Дело в том, что в полете ракета-торпеда издает сильный шум, демаскирующий позицию подлодки, запустившей ее. 13 километров «Шквал» покрывает очень быстро, но за это время подлодка не успеет уйти от ответного огня.
Ракета-торпеда, летящая в кавитационном пузыре, не может маневрировать. Это вполне понятно: в кавитационной полости боеприпас не может взаимодействовать с водой, чтобы изменить направление. Кроме того, резкая смена траектории движения приведет к частичному схлопыванию кавитационной полости, из-за чего часть ракеты-торпеды окажется в воде и на большой скорости разрушится.
Изначально «Шквал» оснащался ядерной боевой частью мощностью 150 килотонн, которую позднее заменили обычной фугасной боевой частью с взрывчатым веществом массой 210 килограммов. Сегодня, помимо России, кавитирующие торпеды имеют на вооружении Германия и Иран.
В 2014 году Технологический институт Харбина представил концепцию подводной лодки, способной перемещаться под водой на около- или даже сверхзвуковой скорости. Разработчики объявили, что такая подводная лодка сможет доплывать от Шанхая до Сан-Франциско (около десяти тысяч километров) примерно за один час и 40 минут. Перемещаться подлодка будет внутри кавитационной полости. Новый подводный корабль получит кавитатор в носовой части, который будет начинать работать на скорости более 40 узлов. Затем подлодка сможет быстро набрать маршевую скорость. За движение подлодки в кавитационной полости будут отвечать ракетные двигатели.
Скорость звука в воде составляет около около 5,5 тысячи километров в час при температуре 24 градуса и солености 35 промилле.
Представляя свою концепцию, разработчики отметили, что прежде, чем создать новую подлодку, необходимо решить несколько проблем. Одной из них является нестабильность кавитационного пузыря, внутри которого должна лететь подлодка. Кроме того, необходимо найти надежный способ управлять кораблем, движущимся под водой со сверхзвуковой скоростью. В качестве одного из вариантов рассматривается возможность сделать рули, которые бы выдвигались за пределы кавитационной полости.
Между тем в начале 2000-х годов Центральное конструкторско-исследовательское бюро спортивного и охотничьего оружия тульского Конструкторского бюро приборостроения решило использовать явление кавитации при создании нового автомата для боевых пловцов. Речь идет об АДС (автомат двухсредный специальный) — автомате, способном одинаково эффективно вести огонь как на воздухе, так и под водой. Оружие выполнено по схеме булл-пап (ударно-спусковой механизм расположен в прикладе) и имеет интегрированный гранатомет. Масса оружия при длине 685 миллиметров составляет 4,6 килограмма.
Этот автомат использует для стрельбы под водой специальные патроны ПСП калибра 5,45 миллиметра. Они снаряжены стальной пулей в виде иглы длиной 53 миллиметра. Масса пули составляет 16 граммов. Снаряд утоплен в гильзу с пороховым зарядом на большую часть своей длины, благодаря чему общая длина патрона соответствует обычному автоматному боеприпасу калибра 5,45 миллиметра. Пуля патрона ПСП имеет на кончике плоскую площадку. При движении под водой эта площадка создает кавитационную полость вокруг снаряда. Благодаря такой особенности эффективная дальность стрельбы АДС под водой на глубине пяти метров составляет 25 метров.
Помимо специальных патронов, автомат способен вести огонь и обычными боеприпасами. АДС может быть оснащен глушителем.
Скорострельность АДС на суше составляет 800 выстрелов в минуту, а прицельная дальность — 500 метров. Оружие оснащается отъемным коробчатым магазином емкостью 30 патронов. Автомат имеет переключатель режимов работы газоотводного механизма «вода/воздух». Он изменяет работу механизма перезарядки, адаптируя его для работы на воздухе или в воде. Без раздельных режимов механизм перезарядки в воде могло бы заедать.
Обычное современное оружие также способно вести огонь под водой, но для этих целей малопригодно. Во-первых, инерционное сопротивление жидкости и бóльшая, чем у воздуха, плотность воды не дает автоматике производить быструю перезарядку оружия, а иногда и вовсе делает ее невозможной. Во-вторых, материалы сухопутных автоматов и пистолетов изначально не предназначены для работы в водной среде и неустойчивы к длительному ее воздействию — быстро теряют смазку, ржавеют и выходят из строя из-за гидравлических ударов. При этом обычные пули, имеющие высокую точность на суше, в воде становятся абсолютно бесполезными.
Дело в том, что аэродинамическая форма обычной пули делает траекторию ее полета в воде малопредсказуемой. Например, на границе теплого и холодного водных слоев пуля может рикошетить, отклоняясь от продольной оси выстрела. Кроме того, из-за своей формы снаряд стрелкового оружия под водой быстро теряет свою энергию, а значит и убойность. В результате поражение цели из того же автомата Калашникова в воде становится практически невозможным даже на очень маленьком расстоянии. Наконец, обычные свинцовые пули с оболочкой из томпака (латунный сплав на основе меди и никеля) под водой быстро деформируются и даже могут разрушаться.
Проблему разрушающихся пуль решила норвежская компания DSG Technology. Она разработала новый тип боеприпасов CAV-X. Они имеют не классическую оживальную форму, как обычные пули, а коническую. Кончик пули уплощен и при попадании в воду начинает выполнять роль кавитатора, благодаря чему вокруг снаряда образуется кавитационная полость. В результате пуля практически не соприкасается с водой и дольше сохраняет кинетическую энергию.
Кавитирующие пули CAV-X не намного длиннее обычных пуль такого же калибра, в отличие от российских пуль в патроне ПСП.
Кавитирующие пули сделаны из вольфрама и запрессованы в латунную гильзу. Сегодня они выпускаются в калибрах 5,56, 7,62 и 12,7 миллиметра. По данным DSG Technology, под водой кавитирующие пули этих калибров сохраняют убойное воздействие на дальности 14, 22 и 60 метров соответственно. При этом кавитирующими могут быть выполнены и боеприпасы других калибров вплоть до артиллерийских 155 миллиметров. Правда, целесообразность создания снарядов для подводной стрельбы весьма сомнительна. В каком именно оружии планируется использовать кавитирующие пули CAV-X, пока неизвестно. Обычное стрелковое оружие без специальной переделки для стрельбы под водой не подходит.
Впрочем, кавитирующие пули могут быть полезны при обстреле подводных целей с суши. Если стрелять, скажем, по боевому пловцу, находящемуся под водой, с берега из обычных пистолета или автомата, то, скорее всего, он уплывет целым и невредимым.
Дело в том, что пули будут либо резко тормозиться, попав в воду, либо рикошетить от нее; это зависит от угла оси ствола к поверхности воды, под которым ведется стрельба. Кавитирующие же пули смогут, практически не отклоняясь, проходить поверхность воды и поражать подводную цель. Но с необходимостью стрелять по подводному противнику с суши военные сталкиваются не так часто, чтобы начать массовые закупки патронов с пулями CAV-X.
Хотя военные инженеры и смогли найти полезное применение кавитации, по большому счету их изобретения особой популярностью не пользуются. Ракеты-торпеды «Шквал» в бою никогда не применялись, а сегодня и вовсе не используются российским флотом — слишком шумными и недальнобойными оказались эти боеприпасы. Патроны для подводной стрельбы востребованы только боевыми пловцами и диверсантами и применяются довольно редко. В способность же китайских специалистов спроектировать кавитирующую подводную лодку верится с трудом. Так что, пожалуй, кавитация все еще остается физическим явлением, которого лучше стараться избегать.
Василий Сычёв
Кавитация | физика | Британика
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
- Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю. - Britannica Beyond
Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать. - Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать! - SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!
Содержание
- Введение
Краткие факты
- Связанный контент
Что такое кавитация в насосе и как ее избежать?
И четыре способа предотвратить это
- Насосы
Кавитация в насосах — это быстрое образование и последующее схлопывание пузырьков воздуха в жидкости.
Пузыри могут показаться не очень мощными, но типы пузырей в насосных системах совсем не похожи на те, которые вы делаете, взмахивая палочкой с маленькими детьми. Крошечные пузырьки, образующиеся при изменении давления внутри насоса, разрушаются и создают ударные волны, которые возникают снова и снова, а повторяющиеся удары разрушают компоненты.
Во многих случаях сила кавитации достаточно сильна, чтобы повредить металлические компоненты насоса, такие как рабочее колесо, и повредить уплотнения насоса.
Почему возникает кавитация в насосе?
Насосы предназначены для работы с полной подачей воды, но в некоторых случаях затопленного входного отверстия недостаточно для поддержания давления, необходимого для предотвращения кавитации. Сторона всасывания или всасывания насоса является точкой наименьшего давления в данном насосе. Для поршневых насосов самое низкое давление возникает непосредственно перед зацеплением ротора; для центробежных насосов самое низкое давление находится вблизи отверстия рабочего колеса.
Кавитация возможна во всех типах насосов, и поскольку ее принципы практически одинаковы, мы сосредоточимся на центробежных насосах. Ушко находится там, где жидкость втягивается в рабочее колесо и где вращение рабочего колеса начинает воздействовать на жидкость. Когда давление, действующее на жидкость (чистый положительный напор на всасывании) слишком низкое, образуются пузырьки, а по мере ускорения жидкости из-за вращения крыльчатки давление увеличивается, и пузырьки схлопываются.
В условиях нормального атмосферного давления жидкости имеют предсказуемое давление паров. Когда давление внутри насоса падает ниже давления паров жидкости, образуются пузырьки. Пузырьки схлопываются, когда достигают областей жидкости, где давление превышает давление пара. В случае кавитации это образование и разрушение происходят быстро и бурно. Нарушенные или плохо выполненные технологические линии могут привести к падению давления всасывания или нагнетания, что приводит к кавитации.
Нарушения потока могут быть вызваны несколькими причинами, от конструкции системы до износа компонентов. Common causes of flow disruption that result in cavitation:
- Excessively long inlet piping
- Higher than expected fluid viscosity
- Clogged inlet
- Clogged filters and strainers
- Restricted or collapsed inlet hoses
- Poorly specified pump
При чрезвычайно высоком давлении нагнетания часть жидкости циркулирует внутри насоса вместо нагнетания. Жидкость, захваченная между рабочим колесом и корпусом с очень высокой скоростью, вызывает падение давления, создавая те же условия, что и при кавитации на всасывании.
Как распознать кавитацию в насосе
Звуки кавитации напоминают звук шариков или гравия, циркулирующих в насосе, трубах или шлангах. Последствия длительной кавитации видны на рабочем колесе насоса и других компонентах.
Типичные признаки кавитации:
- Шум
- Вибрация
- Выход из строя уплотнения/подшипника
- Эрозия крыльчатки
- Потребление энергии выше обычного
Как предотвратить кавитацию в насосе
Начните с определения причины падения давления . Во многих случаях перемещение насоса ближе к источнику жидкости и устранение как можно большего количества изгибов и клапанов решает проблему, поскольку каждый компонент вызывает дополнительное падение давления. Если высота всасывания слишком высока для поддержания давления, переместите насос ближе к источнику жидкости или переместите источник жидкости ближе к насосу.
Увеличение всасывающих линий также может быть эффективным . В некоторых очевидных случаях происходит закупорка трубопроводов или шлангов рядом с насосом. Устраните эти блокировки, чтобы решить проблему . Очистите всасывающие линии, удалив мусор . Избегайте сдувания мусора обратно к источнику жидкости, потому что это может снова создать закупорку.
Не превышайте рекомендации производителя помпы. Кривые характеристик насоса показывают, какой чистый положительный напор на всасывании требуется насосу, поэтому проверьте кривую производительности вашего насоса, чтобы убедиться, что он соответствует вашим требованиям.
1. Выбор насоса
Лучший способ предотвратить кавитацию — правильно выбрать насос для конкретного применения. Кавитация увеличивается при падении напора насоса или увеличении производительности, поэтому выбор правильного насоса для поддержания положительного запаса NPSha над NPSHr является лучшим первым шагом.
NPHS на входе зависит от атмосферного давления, потерь на трение во всасывающем трубопроводе и скорости потока. Хорошее эмпирическое правило заключается в том, что давление на входе насоса должно быть на 10 % выше указанного кавитационного запаса насоса. Например, если NPSHr составляет 10 футов, NPSHa должно быть не менее 11 футов.
При покупке новых насосов учитывайте конструкцию насоса и всегда проверяйте, соответствует ли он требованиям чистого положительного напора на всасывании (NPSH).
Как увеличить доступную высоту всасывания
- Поднять и поддерживать уровень жидкости в баке
- Поднять питающий бак
- Уменьшить потери в трубопроводе из-за слишком большого количества фитингов или слишком малого диаметра
- Заменить разрушенные или поврежденные компоненты
- Очистить внутреннюю часть труб от твердых частиц
- Очистить сетчатый фильтр на всасывании
- Заменить проржавевшую трубу
- Проверить, не выступает ли прокладка в трубопровод
2.
Устранение кавитации нагнетанияКавитация нагнетания возникает, когда давление на напорной стороне насоса слишком велико. Высокое давление нагнетания ограничивает объем жидкости, вытекающей из насоса, что приводит к рециркуляции жидкости с высокой скоростью между рабочим колесом насоса и корпусом, вызывая кавитацию.
Общие причины кавитации нагнетания
- Засорение фильтров
- Засорение труб
- Неправильная конструкция трубопроводов
Предотвращение кавитации нагнетания
- Установите переходники как можно ближе к насосу.
- При необходимости установите регулирующий клапан на стороне нагнетания, но не на стороне всасывания.
- Избегайте карманов, в которых может скапливаться воздух или пары.
3. Текущее техническое обслуживание насоса
После правильного выбора насоса регулярное техническое обслуживание является лучшим способом предотвращения кавитации.
Регулярное техническое обслуживание продлевает срок службы насоса и его стабильную производительность.
- Проверьте фильтры и сетчатые фильтры. Грязные или забитые фильтры и сетчатые фильтры создают повышение давления внутри насоса. Установление графика технического обслуживания гарантирует, что системы находятся в рабочем состоянии, чтобы насосная система работала на полную мощность.
- Оцените всю конструкцию насосной системы : убедитесь, что оптимальная скорость потока обеспечивается за счет подъема насоса и нисходящего потока, когда это возможно.
- Оцените кривую. Рассмотрите требования рабочего давления, а затем рассмотрите данные насоса, чтобы определить, подходят ли они для применения. Оттуда вы определяете, соответствует ли насос необходимой скорости потока.
- Оборудование для контроля давления.
- Ищите трещины или разрушенные трубопроводы/шланги, которые могут нарушить работу системы.
4. Правильная установка
Лучшей мерой предотвращения кавитации является выбор насоса и конструкция системы для поддержания давления и расхода. Таким образом, целью установки является поддержание полезного положительного напора на всасывании (NPSHa) на уровне, превышающем требуемый чистый положительный напор на всасывании (NPSHr), с учетом четырех ключевых переменных:
- Расположение насоса
- Длина и диаметр всасывающей трубы
- Всасывание подъем или расстояние по вертикали от источника воды до входа насоса
- Потери на трение
Расположение насоса
Физически установите насос так, чтобы вода плавно поступала во всасывающий патрубок насоса. Убедитесь, что всасывающие линии, ведущие к впускному отверстию насоса, имеют достаточный наклон для обеспечения заливки корпуса насоса.
Размещение насоса в точке, которая ниже уровня воды в резервуаре, из которого он качает, например, использует силу гравитации для поддержания затопленного всасывания, что во многих случаях предотвращает кавитацию.
Насосы, особенно центробежные, работают наиболее эффективно, когда жидкость движется плавным ламинарным потоком, а турбулентность любого рода снижает эффективность насоса, поэтому имеет смысл расположить насос как можно ближе к источнику жидкости.
Длина и диаметр всасывающей трубы
Обычно на каждый сантиметр диаметра всасывания насоса требуется 12 см прямой трубы. Для поддержания ламинарного потока подсоедините прямой трубопровод диаметром 5-10 диаметров к входному отверстию насоса. Не включайте колена, переходники, клапаны или сетчатые фильтры в окончательную длину трубопровода. Например, при соединении колена непосредственно с фланцем насоса жидкость направляется к внешнему изгибу колена, а не прямо в проушину рабочего колеса.
Кроме того, расположение трубопроводов не должно вызывать деформации корпуса насоса, чтобы насосы никогда не могли поддерживать трубопроводы для всасывания или нагнетания. Вместо этого используйте вешалки и опоры.
Трубопровод со стороны всасывания обычно на один или два размера больше входного отверстия насоса, но никогда не меньше входного отверстия насоса.
Для более крупных трубопроводов требуется переходник перед входом насоса, и они должны быть тщательно спроектированы, чтобы избежать турбулентности и образования воздушных карманов на входе.
Как правило, скорость всасывания во всасывающей трубе не должна превышать 2 м/с. Более высокие скорости могут создавать больше трения и больше шума.
Высота всасывания или расстояние по вертикали от источника воды до впускного отверстия насоса
Высота всасывания может привести к повышенному энергопотреблению насосов, увеличить турбулентность и снизить NPSha.
Решение состоит в том, чтобы установить насос ниже уровня воды в резервуаре подачи и обеспечить соблюдение стандартов по конструкции трубопровода.
Примеры подъема всасывания
Потери на трение
Когда жидкости проходят через трубу, трение между жидкостью и внутренней поверхностью трубы вызывает турбулентность , что замедляет движение жидкости и приводит к падению давления. Длина трубы, диаметр и скорость потока влияют на потери на трение.
Хорошая компоновка трубопроводов предотвращает кавитацию, помогая поддерживать постоянную скорость. Препятствия в компоновке трубопроводов влияют на скорость потока, что приводит к изменению давления жидкости, что может вызвать кавитацию.
Стандарты хорошей конструкции трубопроводов
- Десять диаметров трубы между всасывающим патрубком насоса и первым коленом.
- Условия на входе должны иметь прямой участок не менее десяти диаметров трубы, чтобы обеспечить равномерный поток к всасывающему патрубку.
- Установите переходники как можно ближе к насосу, насколько это позволяют требования прямолинейности. Используйте эксцентриковые переходники плоской стороной вверх на большинстве линий всасывания насосов.
- Использовать отводы с большим радиусом; свести к минимуму количество локтей.
Контрольный список для поиска и устранения неисправностей
- Насос установлен слишком высоко над источником жидкости?
- Диаметр всасывающей трубы слишком мал?
- Всасывающая труба слишком длинная?
- Слишком много фитингов на всасывающей трубе?
- Насос работает слишком быстро?
- Правильно ли наклонен всасывающий трубопровод к насосу?
Хотя кавитация в некоторых случаях может иметь положительное значение, например, для стерилизации хирургического оборудования или для разрушения загрязняющих веществ в системах водоснабжения, это не то, что вам нужно в вашей технологической системе, поэтому время, потраченное на предотвращение кавитации, потрачено не зря.
Дальнейшие действия
Если в вашем насосе, трубе или шланге циркулируют шарики или гравий, это означает, что вы стали свидетелем кавитации и должны принять немедленные меры, иначе рискуете серьезно повредить компоненты. При возникновении кавитации вам нужен надежный партнер, который может диагностировать причину, предложить долгосрочное решение и отремонтировать или заменить поврежденные детали.
Программа CSI по обслуживанию и техническому обслуживанию насосов предназначена для того, чтобы избавить вас от раздражения и догадок, связанных с кавитацией насоса. Каждая проверка и ремонт, выполняемые CSI, включают в себя оценку, проводимую специалистом по насосам, прошедшим обучение OEM, отчет о результатах и все материалы, необходимые для выполнения обслуживания.
Позвоните нам сегодня, чтобы запланировать следующий аудит системы или ремонт насоса!
О CSI
Компания Central States Industrial Equipment (CSI) является лидером в области дистрибьюции гигиенических труб, клапанов, фитингов, насосов, теплообменников и расходных материалов для техобслуживания для гигиеничных промышленных процессоров с четырьмя распределительными предприятиями в США.