Что такое кавитация насоса

Причины кавитации насоса

Кавитация насоса — это образование множества паровых пузырьков, из — за резкого перепада парциального давления перекачиваемой жидкости. Пузырьки образуются областях относительно низкого давления в улитке насоса, вокруг оси рабочего колеса насоса (крыльчатки). Пузырьки, при перемещении от оси к краю рабочего колеса, под влиянием на них высокого давления, лопаются внутри улитки насоса, производя мини — взрывную волну с высокой кинетической энергией, движущуюся со скоростью звука (или близкой к ней), таких мини — взрывов происходит множество. Кавитация может возникнуть в жидкости практически с любой вязкостью.

процесс кавитации насоса

С точки a до пунктирой линии давление падает ниже давления пара;

в точке b давление повышается;

а участке b — c жидкость поступает на подачу насоса, пузырьки подвергаются избыточному давлению и взрываются.

При кавитации на всасывания взрыв происходит ближе к точке b, при кавитации на нагнетании, взрыв происходит ближе к точке с.

(!) Чем выше температура жидкости на входе в насос и ниже давление, тем ближе к точке d произойдет взрыв пузырьков, для снижения риска вскипания жидкости и образования паровых пузырьков, можно повысить давление на входе в насос и (или) снизить температуру входящей жидкости.

Типы кавитации насоса

Существует несколько основных типов кавитации с позиции практики и с точки зрения физики возникновения процесса:

1. Кавитация всасывания;

2. Кавитация нагнетания;

3. Кавитация испарения (т.н. классическая кавитация);

4. Кавитация аспирации;

5. Кавитация турбулентности;

Типы кавитации и их особенности подробно будут рассмотрены ниже, под заголовками «Причины кавитации насоса».

(!) Различные типы кавитаций могут сочетаться. Например, паровая кавитация нагнетания или аспирационная кавитация на всасывании, смешанная кавитация — паровая и аспирационная на всасывании и т.п.

Признаки наличия кавитации насоса

2. Повышенный уровень шума (бульканье, потрескивание, звук сыплющегося гравия, как будто насос перекачивает мелкие камешки);

3. Повышение потребляемой мощности, относительно номинальной;

4. Снижение давления и объемного расхода перекачиваемой жидкости.

(Комментарий) Вращательный момент насоса расходуется не на всасывание жидкости, а на расширение пузырьков в области низкого давления. При перемещении пузырьков в зону высокого давления, вращательный момент двигателя насоса, вместо подачи жидкости из насоса, частично расходуется на сжатие пузырьков.

Причины кавитации насоса

Кавитация всасывания возникает при пониженном давлении всасывания насоса — перед всасывающей полостью улитки насоса. Характерным повреждением , при кавитации на всасывании является выщербленная сталь преимущественно ближе к центру крыльчатки – как бы вокруг центра и крыльчатки насоса.

Причинами пониженного давления всасывания могут быть:

— всасывающий трубопровод меньше требуемого диаметра, согласно номинального объемного расхода для данной модели насоса;

Замена или дублирование параллельным трубопроводом .

— чрезмерное давление пред всасывающей полостью насоса, превышающее максимально рекомендованное для данной модели насоса (чрезмерный подпор воды на всасывании);

Частично перекрыть задвижку на всасывании.

— заужение перед всасывающей полостью насоса, например — несоразмерный обратный клапан;

Заменить заужающий нормальное проходное сечение элемент.

— загрязненный фильтр или засоренный всасывающий трубопровод;

Почистить, устранить засор.

— недостаточный подпор воды перед всасывающим трубопроводом, если насос несамовсасывающий;

Опустить насос ниже источника воды или заменить насос на самовсасывающий.

— фактическая высота всасывания насоса (подъема жидкости с отрицательной отметки) больше номинальной для данной модели насоса;

Опустить насос ниже к источнику воды, вмонтировать бустерный насос для создания дополнительного подпора воды или заменить насос.

— слишком длинная всасывающая магистраль, превышающая номинальную (рекомендуемую максимальную длину) для данной модели насоса;

Разместить насос ближе к источнику воды, значительно увеличить диаметр всасывающего трубопровода (можно дублировать) или заменить насос.

— неоптимальная конструкция всасывающего трубопровода — много углов, подъемов, петель и проч., с вероятными воздушными пробками.

Переделать плохо сконструированный участок трубопровода.

Кавитация нагнетания возникает при чрезмерно высоком давлении нагнетания. При котором объемный расход очень низкий — менее 5% от номинального. Кавитация нагнетания замедляет подачу жидкости насосом, вследствие чего жидкость частично рециркулирует между улиткой насоса и крыльчаткой, с очень высокой скоростью, при этом образуется слой вакуума и пузырьки. Характерным повреждением кавитации нагнетания является выщербленная сталь на краях крыльчатки и на улитке насоса. При интенсивных и длительных микровзрывах пузырьков, может повредиться рабочий вал, вплоть до трещины или перелома.

Причинами повышенного давления нагнетания могут быть:

— слишком большая высота подъема жидкости, превышающая номинальную для данной модели насоса;

Поставить повышающий циркуляционный насос. При возможности снижения объемного расхода – поставить байпасный перепускной клапан на подаче насоса или заменить насос.

— нагнетательный трубопровод меньше требуемого диаметра, согласно номинального объемного расхода для данной модели насоса;

Переделать трубопровод или дублировать параллельным трубопроводом через тройники, по возможности снизить обороты двигателя насоса .

— загрязненный фильтр или засоренный нагнетательный трубопровод;

Почистить, устранить засор.

— слишком длинная нагнетательная магистраль, превышающая номинальную (рекомендуемую максимальную длину) для данной модели насоса;

Разместить насос ближе к месту подачи воды, поставить повышающий циркуляционный насос(ы)на подающей магистрали или заменить насос.

(Важно!) Чем выше температура жидкости и ниже давление на входе в насос, тем выше риск появления кавитации. При давлении ниже 0.05 бар, вода вскипит, при +30°С, в этой связи, для прекращения кавитации, повышаем давление на всасывании и (или), если допускает технологический процесс — максимально возможно снижаем температуру.

Кавитация испарения (классическая кавитация) — наиболее часто встречающийся тип кавитации с точки зрения физики возникновения, когда статическое давление в перекачиваемой жидкости, падает ниже давления пара. Вообщем — то, в подавляющем большинстве случаев, когда речь идет о кавитации наоса, имеют в виду именно ее. С практической позиции, она может быть кавитацией испарения, как на всасывании насоса, так и на нагнетании насоса.

Кавитация аспирации, когда воздух всасывается в водяной контур и перекачиваться. Вероятно образование вихрей из воздушных пузырьков. Кавитация аспирации значительно менее разрушительна, чем паровая, по причине того, что при повышении давления, воздух снова диффундирует в жидкость, этот процесс более длительный, чем резкое схлопывание пузырей пара.

Возможные пути попадания воздуха в водяной контур:

— сальниковые уплотнения насоса;

— торцевые уплотнения насоса;

— фланцы, резьбовые соединения;

— воздушные пробки, при плохой конструкции трубопроводов;

— сильно пенящиеся жидкости;

— воздушные пузыри, в том месте, откуда всасывает жидкость насос.

Кавитация турбулентности провоцируется образованием вихрей на всасывании насоса.

— Грязевые сетчатые — фильтры на линии всасывания, близко к всасывающей полости насоса, особенно неверно подобранные или смонтированные с ошибками;

— Множество загибов и петель на всасывающем трубопроводе;

Последствия кавитации насоса

1. Мини — взрывы разрушают рабочие поверхности улитки и крыльчатки;

2. Увеличиваются зазоры;

3. Снижается производительность;

4. Разбиваются подшипники, клапана и сальники;

5. Разбалансировка, повышение вибраций;

6. Повышение потребляемой мощности насоса;

Последствия кавитации насоса

Кавитация, чаще всего и наиболее выражено возникает в центробежный насосах. Центробежные насосы широко применяются при производстве чиллеров, в этой связи, инженер – холодильщик обязан знать о кавитации, чтобы при проектировании чиллера исключить вероятность этого явления или суметь диагностировать на уже работающем чиллере.

Что такое кавитация насоса, причины возникновения

Что такое кавитация насоса, причины возникновения tdtechmash.ru

Средний срок эксплуатации качественно изготовленных насосов достигает 25-30 лет. Но это возможно лишь при условии, что своевременно будет выполняться техническое обслуживание и ремонт. Стремительный выход из строя насоса может спровоцировать кавитация.

Что такое кавитация насоса простыми словами?

Кавитацией называют процесс образования пузырьков пара или газа в транспортируемой жидкости, а также их моментальное разрушение при контакте с отдельными элементами насосного оборудования. Данное явление возникает в случае, если давление внутри насосного оборудование опускается ниже давления насыщенных паров. Из-за этого нарушается термодинамический баланс, что приводит к стремительному «закипанию» рабочей жидкости, образованию пустот (они заполнены газом либо паром).

Под действием центробежной силы рабочая жидкость с пузырьками перемещается в зону нагнетания, где давление более высокое. Все это провоцирует стремительное разрушение пузырьков. В окружающую среду выделяется большое количество тепла, а это становится причиной многочисленных гидравлических ударов.

Кавитация насосов отопления и прочих агрегатов способствует:

снижению уровня производительности и мощности насосного оборудования;
эрозионному разрушению материалов, из которых сделана внутренняя поверхность корпуса насоса, рабочего колеса и вала;
возникновению сильного шума и вибрации.

Основные признаки кавитации

Определить наличие кавитации при работе насоса и снизить его негативное влияние можно, если отслеживать основные признаки:

Во время работы насоса возникает сильный шум. Формируется он из-за того, что огромное количество микропузырьков единовременно схлопываются. Громкость во многом зависит от численности пузырьков и от их размера. Если создаются крупные пузырьки, их схлопывание может стать причиной сильного удара.
Провал подачи рабочей жидкости. Этот признак можно выявить в момент увеличения потока транспортируемой рабочей среды с помощью вентиля. Изначально увеличивается подача. Как только будет достигнуто определенное значение, возникает провал на выходе. Если этот признак присутствует, происходит кавитация насоса.
Визуальные признаки. Внешне отследить наличие пузырьков можно лишь в некоторых современных моделях.

Что провоцирует возникновение кавитации при работе насоса?

Спровоцировать возникновение этой проблемы могут различные причины:

Неправильно выбранное для установки насоса место. Если насос расположен выше поверхности перекачиваемой жидкости, может возникнуть явление кавитации в насосах.
Чрезмерно высокое гидравлическое сопротивление. Если во всасывающем трубопроводе, входящем в конструктив насоса, возникает гидравлическое сопротивление выше нормы, это приводит к снижению давления внутри насоса. В результате начинают образовываться пузырьки.
Чрезмерно высокая температура рабочей жидкости. Для каждого насоса определена максимальная температура. Если не учитывать это ограничение, в рабочей жидкости начинают формироваться микропузырьки. Это одна из основных причин кавитации насоса.

Последствия кавитации в насосах

Кавитация оказывает негативное влияние на работу насоса, уровень его производительности и мощности. При обнаружении ее следует сразу же приступить к устранению. Ведь даже небольшое количество микропузырьков с газом или паром может спровоцировать постепенное разрушение основных элементов насосного оборудования.

В момент схлопывания микропузырьков изначально формируется сильный шум, а также вибрация. Сила вибрации во многом зависит от того, насколько габаритный насос.

Со временем кавитация будет развиваться, что будет способствовать снижению основных характеристик насоса. Скорость развития кавитации зависит от габаритов насоса и от уровня производительности. Еще одно последствие кавитации в насосах – длительное использование насосного агрегата в таких условиях приводит к разрушению отдельных элементов и деталей, которые входят в его состав.

Основные методы предотвращения кавитации

Есть несколько эффективных способов борьбы с кавитацией в насосах. Такие способы довольно часто используют разработчики насосного оборудования, а также специалисты, которые занимаются ремонтом и техническим обслуживанием подобных агрегатов. Основные методики:

Для изготовления деталей и корпуса используются более прочные металлы и сплавы. Но это в определенной степени влияет на конечную стоимость насосного агрегата.
В некоторых ситуациях используются клапаны другой формы. Это позволяет сделать процесс перехода рабочей жидкости из зоны, где уровень давления более низкий, в область с более высоким показателем.
Для снижения вероятности кавитации можно устанавливать детали, дополненные перфорацией. Посредством использования таких деталей можно разделить рабочую жидкость на несколько потоков. Это позволяет уменьшить вероятность возникновения кавитации.

Большинство процессов, связанных со снижением вероятности возникновения кавитации, выполняют производители. Борьба с кавитацией в насосах должна осуществляться в обязательном порядке.

Как эффективно бороться с кавитацией в центробежных насосах?

Остановить негативные последствия в насосных агрегатах, если кавитация идет непрерывно, невозможно. Но существует возможность предотвращения появления кавитации в насосах отопления и прочих агрегатах, а также ее перехода в ту форму, при наступлении которой гидроудары спровоцируют серьезную поломку насоса.

Чтобы обеспечить защиту центробежного либо шнекового насоса, стоит заранее установить предельные показатели подачи. Как только они будут превышены, можно будет легко заметить начальный этап явления кавитации в насосах. Для каждой модели насоса предельное значение определяется индивидуально.

Вероятность возникновения кавитации в центробежных насосах во многом зависит и от того, находится ли емкость, из которой извлекается жидкость, ниже или выше уровня. Чтобы определить идеальное расположение, можно провести расчеты. В некоторых случаях допускается проведение экспериментов.

Не менее важно своевременно проводить обслуживание фильтров, отдельных участков труб, входящих в конструктив насосного агрегата. Нередко диаметр труб сужается. Это происходит из-за постепенного накопления грязи. Фильтры, которыми комплектуются насосы, нужно периодически чистить или менять.

К каждому насосу прилагается технический паспорт или руководство. В нем прописываются основные напорные характеристики, в число которых входит и кавитационный запас. Как только он будет превышен, это негативно отразиться на работе насоса.

Чтобы обеспечить бесперебойную работу насосного оборудования, а также снизить вероятность выхода из строя, следует своевременно проводить техническое обслуживание, диагностику. Это позволяет выявить наличие проблемы на ранней стадии, а также быстро ее устранить.

При возникновении проблем с насосным оборудованием, следует обязательно обратиться к опытному специалисту. Профессионалы расскажет, что такое кавитация насоса простыми словами, устранят возможные неполадки.

Что такое кавитация насоса, причины возникновения

Что такое кавитация насоса, причины возникновения tdtechmash.ru