A centrifugálszivattyúk működése során gyakori probléma a kavitáció, amely a szivattyú rezgésének és zajának növekedését, a teljesítmény csökkenését és az alkatrészek súlyos károsodását okozhatja.
Ez a cikk nem tárja fel a kavitáció szakmai elméleti ismereteit, csak arra tesz kísérletet, hogy viszonylag egyszerű nyelvezetet használva részletesen bemutassa a centrifugálszivattyúkban előforduló kavitáció számos gyakori típusát, a kavitáció veszélyeit, valamint a kavitáció helyszíni javítását célzó, általánosan használt intézkedéseket.
1. A kavitáció típusai
Az előfordulás helye alapján a kavitáció pengekavitációra, réskavitációra, durva kavitációra, üregkavitációra és visszaáramlási kavitációra osztható.
(1) Lombüreg
Kavitáció esetén a buborékok kialakulása és felrobbanása főként a lapátok elülső és hátsó részén történik, más néven légszárny kavitáció, amely a centrifugálszivattyúkban a kavitáció fő formája. Ha a szivattyú túl magasra van telepítve, még akkor is, ha a szivattyú tervezési körülmények között működik, alacsony nyomású terület hajlamos a lapát bemeneti és kimeneti hátoldalán:
1) Ha a szivattyú nagy áramlási körülmények között működik, az áramlás szétválása és örvények lépnek fel a lapátok elülső élén, negatív nyomást hozva létre, amely kavitációt okozhat a lapátok elején.
2) Ha a szivattyú alacsony áramlási körülmények között működik, örvények keletkeznek a lapátok hátulján, ami alacsony-nyomású zónát hoz létre, és kavitációt okoz a lapátok hátoldalán.
(2) Hézagkavitáció
Arra a kavitációra utal, amely akkor képződik, amikor a folyadék szűk csatornán vagy résen áramlik át, ami az áramlási sebesség helyi növekedését és az áramlási összetevők párolgási nyomásának nyomáscsökkenését okozza.
A centrifugálszivattyú házának kopásálló gyűrűje és a járókerék külső éle (fedőlemeze) közötti résben a járókerék bemenetének és kimenetének mindkét oldalán a nyomáskülönbség (különösen a nagy nyomáskülönbség) alatt a kimeneti oldalon lévő folyadék nagy sebességgel visszaáramlik, helyi nyomásesést és kavitációt okozva.
Az axiális áramlású szivattyú lapátok külső széle és a szivattyúház közötti kis résben a lapátok eleje és hátulja közötti nyomáskülönbség hatására a résben lévő folyadék nagy ellenirányú áramlási sebessége is okozhat helyi nyomásesést, ami a szivattyúház lapátok megfelelő külső szélén kavitációt eredményez, és a szivattyúház felületén a mézelőzóna kialakul. és pengék.
(3) Durva kavitáció
A durva kavitáció örvények keletkezését jelenti a kiemelkedések után, amikor a folyadék átáramlik a szivattyúház belsejében lévő durva áramlású alkatrészek egyenetlen felületén, helyi nyomásesést okozva és kavitációhoz vezet.
A szivattyú áramlási alkatrészeinek öntése és megmunkálása során a felületi egyenetlenségek, homoklyukak, léglyukak stb. hirtelen változást okozhatnak a helyi áramlási állapotban és kavitációhoz vezethetnek.
(4) Üreges kavitáció
A kavitáció az üregben egy spirális örvénysáv kialakulását jelenti a szívókamrában a szivattyú bemeneténél a rossz vízbevezetési feltételek vagy az elégtelen merülési mélység miatt. Amikor az örvényszalag központi nyomása a párologtatási nyomásra csökken, kavitáció is fellép, erős vibráció kíséretében.
(5) Reflux kavitáció
Általánosságban elmondható, hogy a kavitáció előfeltétele az NPSHa
Ha a szivattyúzási sebesség túl alacsony vagy a bemeneti nyomás túl magas, visszaáramlás lép fel. Ha a szivattyúzás áramlási sebessége túl alacsony, belső visszafolyás lép fel a járókerék bemeneténél; Ha a szivattyú bemeneti nyomása túl magas, belső visszafolyás lép fel a járókerék kimeneténél. A belső reflux a folyadék áramlási sebességének növekedését okozza, amíg a párologtatás buborékokat nem termel, amelyek aztán nagyobb környezeti nyomás hatására felszakadnak. Ha belső visszaáramlás lép fel a szívónyílásnál, szabálytalan recsegés hallatszik a szivattyú szívónyílása körül, amelyet nagy-intenzitású detonációs hang kísér.
A reflux-kavitáció általában a következő módszerekkel javítható:
1) Növelje a szivattyú kimeneti áramlási sebességét.
2) Szereljen be egy bypass-t a szivattyú bemeneti és kimeneti nyílása közé (ezt a módszert az ügyfelek nehezen fogadják el a gyakorlati alkalmazásokban).
3) Optimalizálja a járókerék szerkezetét (csökkentse a járókerék bemeneti területét).
2. A kavitáció veszélyei
(1) Teljesítményromlás, csővezeték sérülés
A kavitáció jelentősen csökkentheti a szivattyú teljesítményét. Általában a centrifugálszivattyúk esetében, amikor a bemeneti nyomás bizonyos mértékig csökken, teljesítményük meredeken csökken, amit kavitációs törésnek is neveznek. A kavitáció instabilitást is okozhat a folyadék belsejében, ami áramlási és nyomásingadozásokhoz vezethet. Ezen rezgések hatására károsíthatja a szivattyút és annak bemeneti és kimeneti csővezetékeit.
(2) A szivattyú túláramú alkatrészeinek súlyos károsodása
A kavitáció károsíthatja az alkatrészek felületét. Amikor a buborékok felrobbannak, a környező folyadék rendkívül nagy, akár 49 MPa ütési nyomást (csúcsnyomást) hoz létre. Ha a kavitáció hidraulikus szilárdsága meghaladja az anyag azon képességét, hogy ellenálljon ennek az ütközésnek, az a fal anyagának helyi kifáradásához és a felületi anyag leválásához vezethet. A kavitáció a kémiai és elektrokémiai korrózióval egyidejűleg történik. Az anyagok korróziója és plasztikus deformációja által a kavitáció korai szakaszában keletkező gödrök mérete körülbelül 10 μm és 50 μm között van, különösen egyes rossz korrózióállóságú anyagok esetében, amelyek hosszú távú kavitáció esetén méhsejtszerű szerkezeteket mutathatnak.
(3) Rezgést és zajt kelt
Abban a pillanatban, amikor a buborék lecsapódik, összezsugorodik és felszakad, a buborék körüli folyadék nagy sebességgel tölti ki az űrt (amely a buborék kondenzációja és felszakadása miatt keletkezik), nyomás lüktetéseket generálva, ezáltal izgató rezgést és zajt. A kavitációs zaj frekvenciája általában 10 kHz és 100 kHz között van, míg a reflux és nyomáspulzáció okozta kavitációs zaj gyakorisága néhány száz Hz körüli, ami különösen érzékenysé teszi az emberi fület. Ugyanakkor a kavitáció is stimulálhatja a vibrációt, és a kavitáció által generált rezgés fő frekvenciája általában 1 kHz körül van.
A kavitációt nemcsak a magas zajszint jellemzi, hanem olyan vibrációs mutatók is, mint például a szivattyúalap elégtelen merevsége és a csővezeték rossz alátámasztása, amelyek szerkezeti rezonanciát okozhatnak; A szivattyú beszerelése után az alapot betonnal töltik fel, és a csővezeték tartómerevsége megfelelő, ami általában nem okoz erős rezgési jelenségeket. A szivattyútesten végzett rezgésmérés során azonban a kavitáció által generált rezgésfrekvencia magas-frekvenciás összetevője a domináns, és a rezgés gyorsulási értéke nagyobb, mint a vibráció elmozdulása és a rezgési sebesség.
3. Általános intézkedések a kavitációs teljesítmény javítására
(1) Intézkedések maguknak a centrifugálszivattyúknak a kavitáció elleni teljesítményének javítására
1) Javítsa a szivattyú szívónyílásának kialakítását
A járókerék köszörülésével az áramlási terület növelhető;
Növelje meg a járókerék fedőlemezének bemeneti szakaszának görbületi sugarát, hogy csökkentse a folyadékáramlás gyors gyorsulását és nyomásesését;
Csökkentse megfelelően a penge bemeneti nyílás vastagságát és kerekítse le a penge bemenetét (fényesítse a pengefejet, élesítse a bemenet ütközési veszteségének csökkentése és a bemeneti szög érzékenysége csökkentése érdekében, valamint a szükséges kavitációs ráhagyás kb. 0,5 méterrel csökkenthető), közelítse az áramvonalas formát, valamint csökkenti a gyorsulást és a nyomásesést a pengefej körül;
Javítsa a járókerék és a lapát bemeneti felületének simaságát az ellenállásveszteség csökkentése érdekében;
Nyújtsa ki a lapát bemeneti élét a járókerék bemenete felé, hogy a folyadékáramlás előre megkapja a munkát és növelje a nyomást.
2) Adjon hozzá egy elülső indukciós kereket
Előzetesen működtesse a folyadékáramlást az elülső indukciós kerékben a folyadék áramlási nyomásának növelése érdekében (ez a séma szerkezeti változtatásokat és különféle tervezési paraméterek újrakalibrálását igényel).
3) Kettős szívó járókerék alkalmazása
Növelje a járókerék bemeneti területét és csökkentse a bemeneti folyadék áramlási sebességét (az áramlási sebesség csökkenése és a nyomás növekedése).
4) Valamivel nagyobb pozitív támadási szög használata
A penge bemeneti szögének növelése érdekében csökkentse a hajlítást a penge bemeneténél, minimalizálja a penge eltömődését, és ezáltal növelje a bemeneti területet;
Javítsa a munkakörülményeket nagy áramlási körülmények között az áramlási veszteségek csökkentése érdekében. De a pozitív támadási szög nem lehet túl nagy, különben befolyásolja a hatékonyságot.
5) Alacsony-sebességű szivattyú használata
Minél kisebb a forgási sebesség, annál kisebb az NPSHr.
6) Anti-kavitációs anyagok használata
A gyakorlat bebizonyította, hogy minél nagyobb egy anyag szilárdsága, keménysége és szívóssága, annál jobb a kémiai stabilitása, és annál erősebb a kavitációval szembeni ellenállása.
(2) Intézkedések az eszköz kavitációs ráhagyásának növelésére
1) Növelje a folyadékszint nyomását a tárolótartályban a szivattyú előtt, hogy javítsa a hatékony kavitációs ráhagyást.
2) Csökkentse a szivattyú beépítési magasságát a szívóberendezésben, különösen, ha meleg vizet szállít közegként, és vegye figyelembe a szívómagasság és a közeg hőmérséklete közötti összefüggést.
3) Cserélje ki a szívókészüléket egy visszafolyó szerkezetre.
4) Csökkentse az áramlási veszteséget a szivattyú előtti szívócsőben. Lehetőleg a szükséges tartományon belül rövidítse le a csővezetéket, használjon megfelelő szívócső átmérőt és szűrőszűrési területet (ha van), hogy csökkentse a csővezetékben lévő áramlási sebességet, csökkentse a hajlítások és szelepek számát, és amennyire lehetséges növelje a szelepnyílást.
5) Ha a hézagkavitáció súlyos, a járókeréken kiegyensúlyozó lyukak fúrásának módszere alkalmazható a szivárgás áramlási sebességének csökkentésére és a kavitáció mértékének enyhítésére. A lapátokon lévő kiegyensúlyozó furatok roncsoló és zavaró hatással vannak a befecskendezett folyadék áramlására a járókerék bemeneténél. A kiegyensúlyozó furatok területe nem lehet kisebb, mint a tömítőgyűrű hézagterületének ötszöröse, hogy csökkentsék a szivárgási áramlási sebességet, ezáltal csökkentve a fő folyadékáramlásra gyakorolt hatást és javítva a szivattyú kavitációs képességét.
6) A tapasztalatok azt mutatják, hogy a kavitáció mechanizmusából kiindulva megfelelő mennyiségű gáz hozzáadása a szívónyíláshoz megzavarhatja a kavitáció kialakulásának feltételeit. A szivattyú kavitációjának megelőzése érdekében azonban a levegő utánpótlás alkalmazása rendkívül technikai jellegű, és csak megfelelő légutánpótlási mennyiséggel, elhelyezkedéssel és módszerrel lehet jó eredményeket elérni. Ellenkező esetben a szivattyú áramlási sebességének, emelőmagasságának és hatásfokának jelentős csökkenését okozza, sőt az áramlás megszakadásához és működés közbeni káros következményekhez vezethet.
Tekintettel a megfelelő mennyiségű légbefúvás szabályozásának nehézségére és a pontos mérésre, a szerző gyakorlatával kombinálva, olyan tűszelep alkalmazása javasolt, amellyel a levegőellátó szelep áramlási sebessége állítható. A helyszíni beállítás során a kavitációs zaj segítségével megkülönböztethető: állítsa be a beszívott mennyiséget a tűszelepen keresztül, amíg a kavitációs zaj minimálisra nem csökken (egyes rendszerek teljesen kiküszöbölik a zajt, de vannak olyan rendszerek, amelyek csak csökkentik a kavitációs zajt, nem pedig teljesen megszüntetik), majd állítsa vissza kissé a tűszelepet a beszívási mennyiség csökkentése érdekében, figyelje meg a működést egy bizonyos ideig, amíg a meghatározott működési feltételek nem lépnek fel, majd zárja be a normál működési feltételeket. tűszelep. Ez a módszer soha nem csökkentheti a hangot a legalacsonyabb szintre! Ha a bemeneti nyomás pozitív, amikor a szivattyú leáll, visszacsapó szelepet kell felszerelni a szivárgás elkerülése érdekében.
7) A kutatások azt találták, hogy ha a közeg illékony gázokat és szilárd részecskéket, például homokot tartalmaz, a szivattyú kavitációs teljesítménye csökken. Annak érdekében, hogy a szivattyú ne tapasztaljon kavitációt, a szivattyú szívási magasságát legalább 4,2 méterrel csökkenteni kell a tiszta víz számított magasságához képest. Erre érdemes odafigyelni az önkormányzati iparban.