Что такое кавитация в насосе?
Кавитация насоса относится к ситуации, когда при уменьшении давления жидкости в насосе жидкость испаряется, тем самым образуя множество пузырьков. Пузырьки постепенно увеличиваются.
В момент схлопывания пузырька жидкость с высокой скоростью в насосе ударяется об пузырек. Эта ударная сила повредит насос, разъест корпус насоса, образует кавитацию и сократит срок его службы.
Почему возникает кавитация в насосе?
Чтобы понять, почему насос кавитация происходит, мы должны сначала понять физические свойства воды. Как мы все знаем, вода и пар могут превращаться друг в друга. Когда температура воды остается неизменной, а давление падает до критического значения, вода испаряется. Это давление называется давлением пара.
При испарении вода выделяет пар и пузырьки. Этот процесс называется испарением воды, а процесс испарения является причиной кавитации.
Процесс кавитации насоса
Сначала давление на воду в насосе уменьшается, вода испаряется. При этом образуется большое количество пара, а растворенный в воде газ образует пузырьки.
По мере того, как пузырьки перетекают из области низкого давления в область высокого давления в насосе с водой, пузырьки будут быстро конденсироваться и разрушаться под действием высокого давления. В это время вода под высоким давлением будет быстро перетекать в пространство, ранее занимаемое пузырьками.
Затем, пока газ в пузырьке еще не сконденсировался, вода с высокой скоростью устремляется к пузырю, разбивая его на более мелкие пузырьки. Мелкие пузырьки продолжат конденсироваться и схлопываться под высоким давлением.
Наконец, реакция испарения повторяется, пузырьки на поверхности проточного канала и около рабочего колеса будут оказывать сильное воздействие на материал, а в тяжелых случаях может возникнуть ячеистая кавитация или даже разрушение изнашиваемых деталей. Активный газ в пузырьках будет контактировать с металлом в течение длительного времени, что приведет к его коррозии.
Что вызывает кавитацию насоса?
Анимация кавитации насоса
Кавитация насоса является распространенной проблемой насосов. Многие неправильные операции могут привести к кавитации.
Кавитация определяется собственной антикавитационной способностью насоса и устройством всасывающего конца.
Ниже приведено несколько важных причин кавитации насоса.
1. Скорость двигателя слишком высокая.
Когда скорость двигателя насоса слишком высока, скорость потока на всасывающем отверстии рабочего колеса увеличивается. Согласно принципу Бернулли, когда скорость увеличивается, давление уменьшается. Когда давление ниже критического значения давления пара, жидкость испаряется, что в конечном итоге приводит к кавитации насоса.
2. Сопротивление всасывающей трубы слишком велико.
Если всасывающая труба насоса слишком длинная, имеет слишком много колен или засоры, давление жидкости при ее течении по трубе будет уменьшаться, что может вызвать кавитацию в насосе.
3. Слишком большая высота установки насоса.
У каждого насоса есть важный параметр — NPSH. Если насос установлен слишком высоко относительно уровня жидкости, NPSHa (доступный чистый положительный напор всасывания) насоса будет меньше NPSHr (требуемый чистый положительный напор всасывания), что приведет к снижению давления всасывания и возникновению кавитации насоса.
4. Температура жидкости слишком высокая.
Если температура транспортируемой жидкости слишком высока, небольшое количество жидкости может испариться до того, как достигнет всасывающего конца, что повышает вероятность возникновения кавитации в насосе.
5. Несколько насосов параллельно
Когда наши рабочие условия усложняются и мы используем несколько насосов параллельно для транспортировки жидкостей, а параллельные насосы настроены неравномерно, производительность одного насоса будет слишком мала, давление на всасывающем конце уменьшится, и возникнет кавитация насоса.
Как определить кавитацию? Кавитационные повреждения насоса
Повреждение изнашиваемых деталей
Кавитация насоса повлияет на изнашиваемые детали, вызывая ячеистую кавитацию на изнашиваемых деталях и даже разрушая или разъедая изнашиваемые детали.
Вибрация
Если частота пульсации кавитационного насоса близка к собственной частоте насоса во время работы, это также приведет к сильной вибрации насоса.
При возникновении вибрации показания манометра будут колебаться.
Повышение температуры подшипника
Кавитация насоса вызывает сильную вибрацию насоса, увеличивает трение подшипников и повышает температуру подшипников. Используйте термометр для измерения температуры подшипников.
Если температура подшипника выше обычной, возможно, произошла кавитация.
Шум
При возникновении кавитации в насосе большое количество пузырьков лопается и высокоскоростной поток воды сталкивается с ними, вызывая сильный шум.
Звук кавитации похож на хлопок камня, ударяющегося о металл, и звук будет усиливаться или ослабевать в зависимости от скорости потока.
Снижение эффективности
Большое количество пузырьков, образующихся в результате кавитации насоса, будет препятствовать потоку воды, что приведет к снижению скорости потока, нестабильности напора насоса и снижению его эффективности.
Если показания расходомера окажутся на 10% ниже ожидаемого значения, можно сделать вывод о наличии кавитации.
Как избежать кавитации насоса?
1. Уменьшите скорость двигателя насоса.
Отрегулируйте скорость двигателя до соответствующей скорости в соответствии с таблицей параметров насоса или кривая производительности насоса эффективно предотвращает кавитацию.
2. Проектирование трубопровода
Улучшите конструкцию всасывающей трубы, уменьшите количество колен, дайте воде всегда течь с более высокой эффективностью и уменьшите потери на трение воды в трубе.
3. Установите насос правильно
Каждый насос имеет определенный запас кавитации NPSH. Перед установкой насоса его необходимо установить в соответствии с заданными параметрами, чтобы NPSHr был больше NPSHa.
4. Регулярное техническое обслуживание
После установки насоса необходимо проводить регулярное техническое обслуживание в соответствии с руководством по эксплуатации, предоставленным производителем насоса, например, проверять температуру подшипников, регулярно проверять износ рабочего колеса, вибрацию насоса и т. д.
5. Выбор правильного насоса
Прежде чем начать свой проект, вам следует спросить производитель насосов для проектирования вашего проекта, чтобы убедиться, что выбранный вами насос соответствует ожидаемому дизайну проекта. Это лучший способ предотвратить кавитацию и минимизировать вероятность кавитации.
Виды кавитации
| Типы кавитации | Причина | Распространенные места кавитации |
| Паровая кавитация | Давление жидкости уменьшается, испаряясь, образуя пузырьки. | Импеллер впускной |
| Турбулентность Кавитация | Скорость потока в улитке или насосе слишком высока, что приводит к снижению давления и образованию пузырьков. | Поверхность волюта |
| Инерционная кавитация | Скорость потока слишком высока, что приводит к удару по насосу и образованию пузырьков. | Импеллер |
| Вихревая кавитация | Поток воды имеет вихревую форму, а газ всасывается в насос. | Входное отверстие насоса |
| Газовая кавитация | Давление жидкости уменьшается, и растворенный в жидкости газ образует пузырьки. | Химические насосы |
Часто задаваемые вопросы о кавитации насоса
Что такое кавитация в центробежном насосе?
1. Причины кавитации в центробежном насосе
Центробежные насосы более подвержены кавитации, чем другие насосы (объемные насосы), что обусловлено принципом работы центробежных насосов.
Принцип работы центробежного насоса заключается в том, что высокоскоростное вращение рабочего колеса создает центробежную силу для всасывания жидкости. Благодаря высокоскоростному вращению рабочего колеса вокруг рабочего колеса будет создаваться отрицательное давление. Когда давление жидкости на входе насоса недостаточно, часть жидкости испаряется, в результате чего водяной пар попадает в насос вместе с паром.
Когда водяной пар перемещается от впускного отверстия к рабочему колесу, то есть из состояния отрицательного давления в состояние высокого давления, пузырьки лопаются, вызывая вибрацию центробежного насоса и возникновение кавитации в насосе.
2. Как предотвратить кавитацию в центробежном насосе?
Ⅰ. Убедитесь, что центробежный насос имеет достаточный NPSH, чтобы избежать слишком низкого давления на входе.
Ⅱ. Обычно, когда расход центробежного насоса нестабилен, существует вероятность возникновения кавитации, поэтому следует контролировать стабильный расход центробежного насоса.
Ⅲ. Перед установкой центробежного насоса следует провести комплексное проектирование трубопровода, чтобы избежать слишком большого количества колен или слишком узких труб.
Когда мы меняем насос, возникает кавитация?
При возникновении кавитации нет необходимости немедленно заменять насос. Сначала нам нужно понять истинную причину кавитации и попытаться решить конкретную причину кавитации насоса.
Например, мы можем контролировать скорость насоса в соответствии с руководством по эксплуатации насоса или кривой производительности, чтобы изменять расход или напор насоса и гарантировать, что насос будет поддерживать оптимальную производительность.
Только в том случае, если кавитация разрушает основные компоненты насоса, такие как рабочее колесо и уплотнение, что приводит к снижению эффективности насоса или его неправильной работе, следует рассмотреть возможность замены насоса или обратиться к инженеру по послепродажному обслуживанию производителя насоса для проведения профессионального обслуживания и ремонта.
Что такое кавитация объемного насоса?
По сравнению с центробежными насосами объемные насосы менее подвержены кавитации, поскольку принцип работы объемных насосов отличается от принципа работы центробежных насосов.
Принцип работы объемного насоса заключается в продавливании жидкости через объем насоса, то есть посредством возвратно-поступательного движения плунжера или поршня, и периодическом изменении объема в насосе для достижения функции перекачивания жидкости.
Поскольку расход и давление более стабильны и не вызывают больших изменений давления на входе в насос, объемные насосы в принципе не подвержены кавитации.
Однако это не означает, что насосы объемного вытеснения не будут кавитировать. Когда насос объемного вытеснения перекачивает пенную суспензию, если насос объемного вытеснения не может лучше рассеивать пену, то насос объемного вытеснения может кавитировать.
