O que é a Cavitação?
Quando um líquido a uma determinada temperatura tem a sua pressão reduzida para a pressão de vaporização correspondente a essa temperatura, o líquido produzirá bolhas. Este fenómeno de formação de bolhas é Cavitação numa bomba.
Como a cavitação ocorre na bomba centrífuga？
Durante o funcionamento do uma bomba centrífuga, Se numa área local dos seus componentes de passagem de fluxo (normalmente numa determinada posição ligeiramente atrás da entrada da pá do impulsor), por alguma razão, a pressão absoluta do líquido bombeado cair para a pressão de vaporização à temperatura atual, o líquido começará a vaporizar nesse local, produzindo vapor e formando bolhas.
Estas bolhas avançam com o fluxo do líquido. Quando atingem uma determinada área de alta pressão, o líquido de alta pressão que envolve as bolhas fá-las encolher rapidamente até colapsarem. No momento do colapso das bolhas, as partículas de líquido enchem a cavidade a alta velocidade e colidem umas com as outras, formando um choque hidráulico. Quando este fenómeno ocorre numa parede sólida, provoca erosão e danos nos componentes da passagem do fluxo.
Este processo é o processo de cavitação de uma bomba centrífuga.
Condições de desencadeamento da cavitação
A causa fundamental da cavitação é o facto de a pressão local ser inferior à pressão de vapor saturado do líquido.
Durante o funcionamento de uma bomba centrífuga, o líquido entra no impulsor a partir do tubo de sucção, e a sua alteração de pressão segue o seguinte padrão:
Queda de pressão à entrada:
Durante o processo desde o tanque de armazenamento até à entrada da bomba, devido à resistência da tubagem e ao aumento da velocidade do fluxo (o aumento da energia cinética leva à diminuição da energia da pressão estática), a pressão diminui gradualmente.
Ponto de pressão mais baixo no interior do impulsor:
O ponto de pressão mais baixo aparece normalmente ligeiramente atrás da entrada da pá do impulsor (cerca de 1/3 do bordo de ataque da pá), onde a velocidade do fluxo é mais elevada e a pressão estática é mais baixa.
Valor crítico de vaporização:
Quando a pressão neste ponto cai para a pressão de vapor saturado à temperatura atual do líquido, o líquido começa a vaporizar e forma um grande número de bolhas de vapor.
O processo completo de cavitação
A cavitação é um ciclo dinâmico que inclui a geração, o desenvolvimento e o colapso de bolhas.
Fase de geração de bolhas
Na zona de baixa pressão, o líquido vaporiza para produzir bolhas de vapor. Ao mesmo tempo, os gases dissolvidos no líquido (como o ar) também serão libertados, formando bolhas mistas. O tamanho das bolhas varia entre microns e milímetros, e o seu número aumenta acentuadamente à medida que a pressão diminui.
Fase de migração da bolha
As bolhas movem-se com o fluxo de líquido para a área de alta pressão do impulsor (zona de trabalho das pás), onde a pressão aumenta rapidamente. Quando a pressão ambiente excede a pressão de vapor, a estabilidade das bolhas é destruída.
Fase de colapso da bolha
As bolhas colapsam instantaneamente sob alta pressão (em apenas alguns microssegundos). O líquido circundante precipita-se na cavidade a uma velocidade extremamente elevada (que pode atingir mais de 100 m/s), gerando um forte impacto hidráulico. Este processo é acompanhado por três efeitos principais:
Impacto mecânico:
A pressão local pode atingir dezenas a centenas de MPa, equivalente a um martelamento de alta frequência na superfície do metal.
Efeito térmico:
Quando as bolhas colapsam, o calor latente de vaporização é libertado e a temperatura local pode subir até 200-300°C.
Corrosão química:
A temperatura elevada acelera a reação de oxidação do oxigénio na superfície do metal, formando corrosão eletroquímica.
Caraterísticas do fenómeno de cavitação
Quando a cavitação ocorre, pode ser identificada pelos seguintes fenómenos:
- Sinal auditivo: No interior da bomba, é emitido um ruído de alta frequência do tipo “crepitação” ou “estalido”. Em casos graves, é acompanhado por sons de impacto de metal.
- Sinal visual: A superfície do impulsor apresenta danos progressivos por picadas → estrutura alveolar → perfuração. As localizações típicas são o bordo de entrada da pá e a língua da voluta.
- Alterações de desempenho: O caudal, a altura manométrica e a eficiência da bomba diminuem simultaneamente. Em casos graves, pode ocorrer uma interrupção do caudal.
Factores que provocam a cavitação:
- Altura de instalação: Uma altura de instalação excessiva aumenta o grau de vácuo de entrada e é a causa mais comum. Sob pressão atmosférica normal, a altura de instalação segura de uma bomba de água limpa não excede normalmente 3-5 metros.
- Propriedades líquidas: Um aumento da temperatura (aumento da pressão de vapor) e um maior teor de gás (aumento dos núcleos de bolhas) reduzirão significativamente a resistência à cavitação.
- Condições de funcionamento: Um desvio do caudal projetado (especialmente em condições de baixo caudal) intensificará as flutuações de pressão no interior do impulsor.
- Design do corpo da bomba: Os parâmetros geométricos, como a forma da entrada do impulsor e a curvatura das pás, afectam diretamente a distribuição da pressão.
Diferença essencial entre cavitação e encadernação a ar
É necessário distinguir entre duas falhas facilmente confundíveis:
| Caraterística | Cavitação | Ligação de ar |
|---|---|---|
| Causa principal | Pressão local < pressão de vapor saturado | Existe ar no interior da bomba e não se pode formar vácuo |
| Fase de ocorrência | Aparece gradualmente durante o funcionamento | Ocorre no arranque |
| Fenómeno típico | Ruído, vibração, diminuição do desempenho, danos no impulsor | Sem descarga de líquido, sem ruído evidente |
| Solução | Reduzir a altura de instalação, aumentar a pressão de entrada | Repreparar a bomba e o ar de exaustão |
Conclusão principal:
A essência da cavitação é um ciclo de “ebulição-colapso” do líquido num ambiente de alta pressão. O seu efeito destrutivo tem origem no efeito sinérgico do impacto mecânico e da corrosão química.
A chave para evitar a cavitação é garantir que a altura de aspiração positiva líquida disponível (NPSHa) é superior à altura de aspiração positiva líquida necessária (NPSHr) e, normalmente, deve ser garantida uma margem de segurança de, pelo menos, 0,3-0,5 m.
Como evitar a cavitação na bomba centrífuga
Melhorar os parâmetros estruturais da entrada da bomba
Esta solução é adequada para a Changyu Pump durante as fases de conceção e fabrico de bombas centrífugas. Este método raramente é adotado no local de produção.
Instalar um indutor na entrada de sucção da bomba
A instalação de um indutor tem um efeito significativo na melhoria do desempenho da resistência à cavitação de uma bomba centrífuga e na resolução de problemas de cavitação.
Além disso, sua estrutura é simples, fácil de fabricar e instalar, conveniente para operação e manutenção, e de baixo custo. Pode ser instalado e colocado em funcionamento sob a orientação técnica da Changyu Pump sem afetar a produção, e é especialmente adequado para promoção e aplicação em locais de produção.
Conceber razoavelmente a conduta de aspiração e ajustar a altura da instalação
Embora este método possa eliminar os problemas de cavitação, raramente é adotado nos locais de produção.
Isto deve-se ao facto de o ajuste da tubagem de aspiração e da altura de instalação da bomba implicar uma grande quantidade de trabalho de engenharia e elevados custos de construção, e é limitado pelo ambiente de construção. Só pode ser efectuado durante uma paragem da fábrica ou uma grande revisão.
Ao mesmo tempo, devido às limitações das condições do processo, o ajuste da tubagem de aspiração e da altura de instalação afectará os processos subsequentes e provocará uma reação em cadeia.
Otimizar as condições de funcionamento do processo
Quando as condições do processo o permitem, a alteração dos parâmetros de funcionamento, como o caudal da bomba, a altura manométrica, a velocidade de rotação e a temperatura média de funcionamento, pode evitar a ocorrência de cavitação.
Conclusão:
Através do artigo acima, compreendemos como a cavitação ocorre na bomba centrífuga, bem como a forma de evitar a cavitação na bomba centrífuga.
Se você quiser considerar a redução da cavitação da causa raiz, você pode contactar-nos. Nós personalizaremos o projeto da bomba centrífuga de acordo com suas condições específicas de trabalho para atender às suas necessidades de bombeamento.
Se já tiver ocorrido cavitação nas suas condições de trabalho actuais, pode também contactar Bomba Changyu agora. Temos mais de 20 anos de experiência em fabrico e I&D para o ajudar a resolver problemas de bombagem.
Correio eletrónico: [email protected]
Telefone: +86-13651913727
