Kavitācija ir izplatīta problēma centrbēdzes sūkņu darbības laikā, kas var izraisīt sūkņa vibrācijas un trokšņa palielināšanos, veiktspējas samazināšanos un nopietnus komponentu bojājumus.
Šajā rakstā nav pētītas profesionālās teorētiskās zināšanas par kavitāciju, bet tikai mēģināts izmantot salīdzinoši vienkāršu valodu, lai sniegtu detalizētu ievadu par vairākiem izplatītiem kavitācijas veidiem centrbēdzes sūkņos, kavitācijas draudiem un plaši izmantotajiem pasākumiem kavitācijas uzlabošanai uz vietas.
1. Kavitācijas veidi
Pēc notikuma vietas kavitāciju var iedalīt lāpstiņas kavitācijā, spraugas kavitācijā, rupjā kavitācijā, dobuma kavitācijā un pretplūsmas kavitācijā.
(1) Lapu kavitācija
Kad notiek kavitācija, burbuļi veidojas un plīst galvenokārt lāpstiņu priekšpusē un aizmugurē, ko sauc arī par gaisa spārnu kavitāciju, kas ir galvenais kavitācijas veids centrbēdzes sūkņos. Ja sūknis ir uzstādīts pārāk augstu, pat ja sūknis darbojas saskaņā ar projektētajiem nosacījumiem, lāpstiņas ieplūdes un izplūdes atveres aizmugurē var rasties zema spiediena zona:
1) Kad sūknis darbojas lielas plūsmas apstākļos, plūsmas atdalīšanās un virpuļi rodas uz lāpstiņu priekšējās malas, radot negatīvu spiedienu, kas var izraisīt kavitāciju lāpstiņu priekšpusē.
2) Kad sūknis darbojas zemas plūsmas apstākļos, lāpstiņu aizmugurē tiek radīti virpuļi, radot zema spiediena zonu un izraisot kavitāciju lāpstiņu aizmugurē.
(2) Spraugas kavitācija
Tas attiecas uz kavitāciju, kas veidojas šķidrumam plūstot pa šauru kanālu vai spraugu, izraisot lokālu plūsmas ātruma palielināšanos un spiediena samazināšanos līdz plūsmas komponentu iztvaikošanas spiedienam.
Atstarpei starp centrbēdzes sūkņa korpusa nodilumizturīgo-gredzenu un lāpstiņriteņa ārējo malu (pārklājuma plāksni) zem spiediena starpības (īpaši lielas spiediena starpības) abās lāpstiņriteņa ieplūdes un izplūdes pusēs šķidrums izplūdes pusē plūst atpakaļ lielā ātrumā, izraisot lokālu spiediena kritumu un kavitāciju.
Nelielajā spraugā starp aksiālās plūsmas sūkņa lāpstiņu ārējo malu un sūkņa korpusu spiediena starpības ietekmē starp lāpstiņu priekšpusi un aizmuguri lielais šķidruma pretējās plūsmas ātrums spraugā var izraisīt arī lokālu spiediena kritumu, kā rezultātā sūkņa korpusā attiecīgajā lāpstiņu ārmalā rodas kavitācija un veidojas nelīdzens spārna virsmas laukums. un asmeņi.
(3) Neapstrādāta kavitācija
Neapstrādāta kavitācija attiecas uz virpuļu veidošanos lejpus izvirzījumiem, kad šķidrums plūst cauri nelīdzenajai nelīdzenajai plūsmas komponentu virsmai sūkņa korpusa iekšpusē, izraisot lokālu spiediena kritumu un izraisot kavitāciju.
Sūkņa plūsmas komponentu liešanas un apstrādes laikā virsmas nelīdzenumi, smilšu caurumi, gaisa caurumi utt. var izraisīt pēkšņas vietējās plūsmas stāvokļa izmaiņas un izraisīt kavitāciju.
(4) Dobuma kavitācija
Kavitācija dobumā attiecas uz spirālveida virpuļjoslas veidošanos sūkšanas kamerā pie sūkņa ieplūdes, kas rodas sliktu ūdens ieplūdes apstākļu vai nepietiekama iegremdēšanas dziļuma dēļ. Kad virpuļsiksnas centrālais spiediens samazinās līdz iztvaikošanas spiedienam, notiks arī kavitācija, ko pavada spēcīga vibrācija.
(5) Atteces kavitācija
Vispārīgi runājot, kavitācijas priekšnoteikums ir NPSHa
Ja sūknēšanas plūsmas ātrums ir pārāk zems vai ieplūdes spiediens ir pārāk augsts, notiek atpakaļgaita. Ja sūknēšanas plūsmas ātrums ir pārāk zems, lāpstiņriteņa ieplūdē notiek iekšējais attece; Ja sūkņa ieplūdes spiediens ir pārāk augsts, lāpstiņriteņa izejā rodas iekšējais reflukss. Iekšējais reflukss izraisa šķidruma plūsmas ātruma palielināšanos, līdz iztvaikošana rada burbuļus, kas pēc tam plīst zem lielāka apkārtējā spiediena. Ja pie iesūkšanas atveres notiek iekšēja atpakaļplūsma, ap sūkņa iesūkšanas atveri tiks izvadīts neregulārs čaukstošs troksnis, ko pavada augstas -intensitātes detonācijas skaņa.
Refluksa kavitāciju parasti var uzlabot, izmantojot šādas metodes:
1) Palieliniet sūkņa izejas plūsmas ātrumu.
2) Uzstādiet apvedceļu starp sūkņa ieplūdi un izplūdi (šo metodi klientiem ir grūti pieņemt praktiskos lietojumos).
3) Optimizējiet lāpstiņriteņa struktūru (samazināt lāpstiņriteņa ieplūdes laukumu).
2. Kavitācijas draudi
(1) Veiktspējas pasliktināšanās, cauruļvadu bojājumi
Kavitācija var ievērojami samazināt sūkņa veiktspēju. Parasti centrbēdzes sūkņiem, kad ieplūdes spiediens zināmā mērā pazeminās, to veiktspēja strauji samazināsies, ko sauc arī par kavitācijas lūzumu. Kavitācija var izraisīt arī nestabilitāti šķidruma iekšienē, kas var izraisīt plūsmas un spiediena svārstības. Ar šo svārstību palīdzību tas var izraisīt sūkņa un tā ieplūdes un izplūdes cauruļvadu bojājumus.
(2) Nopietni bojājumi sūkņa pārsprieguma komponentiem
Kavitācija var izraisīt detaļu virsmas bojājumus. Kad burbuļi plīst, apkārtējais šķidrums rada ārkārtīgi augstu trieciena spiedienu (maksimālo spiedienu) līdz 49 MPa. Ja kavitācijas hidrauliskā izturība pārsniedz materiāla spēju pretoties šim triecienam, tas var izraisīt lokālu sienas materiāla nogurumu un virsmas materiāla atdalīšanu. Kavitācija notiek vienlaikus ar ķīmisko un elektroķīmisko koroziju. Materiālu korozijas un plastiskās deformācijas radīto bedru lielums agrīnā kavitācijas stadijā ir aptuveni 10 μm līdz 50 μm, īpaši dažiem materiāliem ar vāju izturību pret koroziju, kuriem ilgstošas -kavitācijas apstākļos var būt šūnveida struktūras.
(3) Rada vibrāciju un troksni
Brīdī, kad burbulis kondensējas, saraujas un plīst, šķidrums ap burbuli lielā ātrumā aizpilda tukšumu (veidojas burbuļa kondensācijas un plīšanas rezultātā), radot spiediena pulsācijas un tādējādi aizraujošu vibrāciju un troksni. Kavitācijas trokšņa biežums parasti ir no 10 kHz līdz 100 kHz, savukārt kavitācijas trokšņa biežums, ko izraisa refluksa un spiediena pulsācija, ir aptuveni daži simti Hz, kas padara cilvēka ausi īpaši jutīgu. Tajā pašā laikā kavitācija var arī stimulēt vibrāciju, un galvenā kavitācijas radītās vibrācijas frekvence parasti ir aptuveni 1 kHz.
Kavitāciju raksturo ne tikai augsts trokšņu līmenis, bet arī tādi vibrācijas rādītāji kā sūkņa pamatnes nepietiekama stingrība un slikts cauruļvada atbalsts, kas var izraisīt strukturālu rezonansi; Pēc sūkņa uzstādīšanas pamatne ir piepildīta ar betonu, un cauruļvada atbalsta stingrība ir pietiekama, kas parasti neizraisa spēcīgas vibrācijas parādības. Tomēr, veicot vibrācijas mērījumus uz sūkņa korpusa, dominējošā ir kavitācijas radītās vibrācijas frekvences augstfrekvences komponents, un vibrācijas paātrinājuma vērtība ir lielāka par vibrācijas nobīdi un vibrācijas ātrumu.
3. Kopīgie pasākumi, lai uzlabotu kavitācijas veiktspēju
(1) Pasākumi, lai uzlabotu pašu centrbēdzes sūkņu pretkavitācijas veiktspēju
1) Uzlabojiet sūkņa iesūkšanas atveres dizainu
Slīpējot lāpstiņriteni, var palielināt plūsmas laukumu;
Palieliniet lāpstiņriteņa pārsega plāksnes ieplūdes sekcijas izliekuma rādiusu, lai samazinātu šķidruma plūsmas straujo paātrinājumu un spiediena kritumu;
Atbilstoši samaziniet lāpstiņas ieplūdes biezumu un noapaļojiet lāpstiņas ieeju (nopulējiet lāpstiņas galvu, uzasiniet to, lai samazinātu ieplūdes atveres trieciena zudumus un samazinātu ieplūdes leņķa jutīgumu, un nepieciešamo kavitācijas pielaidi var samazināt par aptuveni 0,5 metriem), padarot to tuvu racionālai formai, kā arī samazinot paātrinājumu un spiediena kritumu ap lāpstiņas galvu;
Uzlabojiet lāpstiņriteņa un lāpstiņas ieplūdes virsmas gludumu, lai samazinātu pretestības zudumu;
Izstiepiet lāpstiņas ieplūdes malu pret lāpstiņriteņa ieplūdi, lai šķidruma plūsma jau iepriekš saņemtu darbu un palielinātu spiedienu.
2) Pievienojiet priekšējo indukcijas riteni
Lai palielinātu šķidruma plūsmas spiedienu, lieciet šķidruma plūsmai darboties iepriekš priekšējā indukcijas ritenī (šī shēma prasa strukturālas izmaiņas un dažādu konstrukcijas parametru pārkalibrēšanu).
3) Divkāršā sūkšanas lāpstiņriteņa izmantošana
Palieliniet lāpstiņriteņa ieplūdes laukumu un samaziniet ieplūdes šķidruma plūsmas ātrumu (plūsmas ātruma samazināšanās un spiediena palielināšanās).
4) Izmantojot nedaudz lielāku pozitīvu uzbrukuma leņķi
Lai palielinātu lāpstiņas ieplūdes leņķi, samaziniet locījumu pie lāpstiņas ieplūdes, samaziniet lāpstiņas bloķēšanu un tādējādi palieliniet ieplūdes laukumu;
Uzlabojiet darba apstākļus lielas plūsmas apstākļos, lai samazinātu plūsmas zudumus. Bet pozitīvais uzbrukuma leņķis nedrīkst būt pārāk liels, pretējā gadījumā tas ietekmēs efektivitāti.
5) Izmantojot zema ātruma -sūkni
Jo mazāks rotācijas ātrums, jo mazāks ir NPSHr.
6) Izmantojot pretkavitācijas materiālus
Prakse ir pierādījusi, ka jo augstāka ir materiāla izturība, cietība un stingrība, jo labāka ir tā ķīmiskā stabilitāte un spēcīgāka tā izturība pret kavitāciju.
(2) Pasākumi, lai palielinātu ierīces kavitācijas pielaidi
1) Palieliniet šķidruma līmeņa spiedienu uzglabāšanas tvertnē pirms sūkņa, lai uzlabotu efektīvo kavitācijas pielaidi.
2) Samaziniet sūkņa uzstādīšanas augstumu iesūkšanas ierīcē, it īpaši, ja kā barotni padod karstu ūdeni, un ņemiet vērā saistību starp sūkšanas augstumu un vides temperatūru.
3) Nomainiet sūkšanas ierīci pret atpakaļplūsmas ierīci.
4) Samaziniet plūsmas zudumu iesūkšanas cauruļvadā pirms sūkņa. Ja iespējams, saīsiniet cauruļvadu vajadzīgajā diapazonā, izmantojiet atbilstošu sūkšanas cauruļvada diametru un filtra filtrēšanas laukumu (ja tāds ir), lai samazinātu plūsmas ātrumu cauruļvadā, samazinātu līkumu un vārstu skaitu un pēc iespējas palielinātu vārsta atvērumu.
5) Ja spraugas kavitācija ir smaga, var izmantot lāpstiņriteņa līdzsvara caurumu urbšanas metodi, lai samazinātu noplūdes plūsmas ātrumu un mazinātu kavitācijas pakāpi. Līdzsvara caurumiem uz lāpstiņām ir destruktīva un traucējoša ietekme uz ievadītā šķidruma plūsmu lāpstiņriteņa ieplūdē. Līdzsvara caurumu laukumam nevajadzētu būt mazākam par 5 reizēm par blīvgredzena klīrensa laukumu, lai samazinātu noplūdes plūsmas ātrumu, tādējādi samazinot ietekmi uz galveno šķidruma plūsmu un uzlabojot sūkņa pretkavitācijas spēju.
6) Pieredze rāda, ka, sākot no kavitācijas mehānisma, atbilstoša gāzes daudzuma pievienošana iesūkšanas atverei var traucēt kavitācijas rašanās apstākļus. Tomēr gaisa papildināšanas izmantošana, lai novērstu sūkņa kavitāciju, ir ļoti tehniska, un tikai ar atbilstošu gaisa papildināšanas apjomu, atrašanās vietu un metodi var sasniegt labus rezultātus. Pretējā gadījumā tas izraisīs ievērojamu sūkņa plūsmas ātruma, augstuma un efektivitātes samazināšanos un pat izraisīs plūsmas pārtraukumu un negatīvas sekas darbības laikā.
Ņemot vērā grūtības kontrolēt atbilstošu gaisa padeves daudzumu un precīzu mērījumu, apvienojumā ar autora praksi, ieteicams izmantot adatvārstu, kas var regulēt plūsmas ātrumu gaisa padeves vārstam. Veicot regulēšanu uz vietas, kavitācijas troksni var izmantot, lai atšķirtu: regulējiet ieplūdes tilpumu caur adatas vārstu, līdz kavitācijas troksnis tiek samazināts līdz minimumam (dažas sistēmas var pilnībā novērst troksni, bet dažas sistēmas var tikai samazināt kavitācijas troksni, nevis pilnībā to novērst), pēc tam nedaudz noregulējiet adatas vārstu atpakaļ, lai samazinātu ieplūdes tilpumu, novērojiet darbību noteiktu laika periodu, līdz nenotiek norādīti atvēršanas apstākļi, pēc tam nerodas normāli darbības apstākļi adatas vārsts. Šī metode nekādā gadījumā nedrīkst pazemināt skaņu līdz zemākajam līmenim! Ja ieplūdes spiediens ir pozitīvs, kad sūknis pārtrauc darboties, ir jāuzstāda pretvārsts, lai novērstu noplūdi.
7) Pētījumos atklāts, ka tad, ja vidē ir gaistošas gāzes un cietas daļiņas, piemēram, smiltis, sūkņa kavitācijas veiktspēja samazināsies. Lai nodrošinātu, ka sūknim nav kavitācijas, sūkņa sūkšanas augstums ir jāsamazina vismaz par 4,2 metriem no aprēķinātā tīrā ūdens augstuma. Tam ir vērts pievērst uzmanību komunālajā nozarē.
