Что такое кавитация?
Когда давление жидкости при определенной температуре снижается до давления испарения, соответствующего этой температуре, в жидкости образуются пузырьки. Это явление образования пузырьков называется Кавитация в насосе.
Как возникает кавитация в центробежном насосе？
Во время работы центробежный насос, Если в локальном участке его проходного сечения (обычно в определенном месте, немного позади входного отверстия лопасти рабочего колеса) по какой-то причине абсолютное давление перекачиваемой жидкости упадет до давления испарения при текущей температуре, жидкость начнет испаряться в этом месте, выделяя пар и образуя пузырьки.
Эти пузырьки движутся вперед вместе с потоком жидкости. Когда они достигают определенной области высокого давления, жидкость под высоким давлением, окружающая пузырьки, заставляет их быстро сжиматься, пока они не разрушаются. В момент схлопывания пузырьков частицы жидкости с большой скоростью заполняют полость и сталкиваются друг с другом, образуя гидравлический удар. Когда это явление происходит на твердой стенке, оно приводит к эрозии и повреждению компонентов проточной части.
Этот процесс является кавитационным процессом центробежного насоса.
Условия возникновения кавитации
Основная причина кавитации заключается в том, что местное давление ниже давления насыщенного пара жидкости.
Во время работы центробежного насоса жидкость поступает в рабочее колесо из всасывающей трубы, и изменение давления происходит следующим образом:
Падение давления на входе:
В процессе движения от резервуара до входа в насос из-за сопротивления трубопровода и увеличения скорости потока (увеличение кинетической энергии приводит к уменьшению энергии статического давления) давление постепенно снижается.
Самая низкая точка давления внутри рабочего колеса:
Точка наименьшего давления обычно находится немного позади входного отверстия лопасти рабочего колеса (примерно на расстоянии 1/3 от передней кромки лопасти), где скорость потока максимальна, а статическое давление минимально.
Критическое значение испарения:
Когда давление в этой точке падает до давления насыщенного пара при текущей температуре жидкости, жидкость начинает испаряться и образует большое количество паровых пузырьков.
Полный процесс кавитации
Кавитация - это динамический цикл, включающий образование, развитие и схлопывание пузырьков.
Стадия генерации пузырей
В зоне низкого давления жидкость испаряется, образуя паровые пузырьки. В то же время растворенные в жидкости газы (например, воздух) также выделяются, образуя смешанные пузырьки. Размер пузырьков варьируется от микронов до миллиметров, а их количество резко увеличивается по мере снижения давления.
Стадия миграции пузырьков
Пузырьки перемещаются вместе с потоком жидкости в область высокого давления рабочего колеса (рабочая зона лопастей), где давление быстро возрастает. Когда давление окружающей среды превышает давление пара, устойчивость пузырьков нарушается.
Стадия схлопывания пузыря
Пузырьки мгновенно схлопываются под действием высокого давления (всего за несколько микросекунд). Окружающая жидкость устремляется в полость с чрезвычайно высокой скоростью (которая может достигать более 100 м/с), создавая сильный гидравлический удар. Этот процесс сопровождается тремя ключевыми эффектами:
Механическое воздействие:
Локальное давление может достигать десятков и сотен МПа, что эквивалентно высокочастотному удару молотком по поверхности металла.
Тепловой эффект:
Когда пузырьки схлопываются, выделяется скрытая теплота парообразования, и местная температура может подняться до 200-300°C.
Химическая коррозия:
Высокая температура ускоряет реакцию окисления кислорода на поверхности металла, образуя электрохимическую коррозию.
Характеристики явления кавитации
Когда возникает кавитация, ее можно определить по следующим явлениям:
- Слуховой сигнал: Внутри насоса раздается “треск” или “хлопанье” высокочастотного шума. В тяжелых случаях он сопровождается звуком удара о металл.
- Визуальный сигнал: На поверхности рабочего колеса наблюдается прогрессирующее повреждение в виде питтинга → сотовой структуры → перфорации. Типичные места - входная кромка лопасти и язычок лопатки.
- Изменения в производительности: Одновременно снижаются расход, напор и производительность насоса. В тяжелых случаях возможно прекращение подачи.
Факторы, вызывающие кавитацию:
- Высота установки: Чрезмерная высота установки увеличивает степень вакуума на входе и является наиболее распространенной причиной. При стандартном атмосферном давлении безопасная высота установки насоса для чистой воды обычно не превышает 3-5 метров.
- Свойства жидкости: Повышение температуры (увеличение давления пара) и увеличение содержания газа (увеличение количества ядер пузырьков) значительно снижают кавитационную стойкость.
- Условия эксплуатации: Отклонение от расчетной скорости потока (особенно в условиях низкого расхода) усилит колебания давления внутри рабочего колеса.
- Конструкция корпуса насоса: Геометрические параметры, такие как форма входного отверстия крыльчатки и кривизна лопастей, напрямую влияют на распределение давления.
Существенное различие между кавитацией и воздушным связыванием
Необходимо различать две легко путаемые неисправности:
| Характеристика | Кавитация | Воздушный переплет |
|---|---|---|
| Первопричина | Местное давление < давления насыщенных паров | Внутри насоса есть воздух, и вакуум не может быть создан |
| Стадия возникновения | Постепенно появляется во время работы | Происходит при запуске |
| Типичное явление | Шум, вибрация, снижение производительности, повреждение крыльчатки | Без выделения жидкости, без явного шума |
| Решение | Уменьшить высоту установки, увеличить давление на входе | Заново заправьте насос и выпустите воздух |
Основной вывод:
Суть кавитации заключается в цикле “кипение-коллапс” жидкости в среде высокого давления. Ее разрушительное действие обусловлено синергетическим эффектом механического воздействия и химической коррозии.
Ключом к предотвращению кавитации является обеспечение того, чтобы имеющийся чистый положительный напор всасывания (NPSHa) превышал требуемый чистый положительный напор всасывания (NPSHr), при этом обычно необходимо обеспечить запас прочности не менее 0,3-0,5 м.
Как избежать кавитации в центробежном насосе
Улучшение конструктивных параметров входного отверстия насоса
Это решение подходит для Changyu Pump на этапах проектирования и производства центробежных насосов. На производстве этот метод применяется редко.
Установите индуктор на всасывающем входе насоса
Установка индуктора оказывает значительное влияние на повышение кавитационной стойкости центробежного насоса и решение проблемы кавитации.
Кроме того, его конструкция проста, его легко изготовить и установить, он удобен в эксплуатации и обслуживании, а также имеет низкую стоимость. Он может быть установлен и введен в эксплуатацию под техническим руководством Changyu Pump без ущерба для производства, и особенно подходит для продвижения и применения на производственных площадках.
Продуманная конструкция всасывающего трубопровода и регулировка высоты установки
Хотя этот метод позволяет устранить проблемы с кавитацией, он редко применяется на производстве.
Это связано с тем, что регулировка всасывающего трубопровода и высоты установки насоса требует большого объема инженерных работ и высоких затрат на строительство, а также ограничена условиями строительства. Ее можно выполнить только во время остановки установки или капитального ремонта.
В то же время, из-за ограничений, связанных с условиями процесса, регулировка всасывающего трубопровода и высоты установки повлияет на последующие процессы и вызовет цепную реакцию.
Оптимизация рабочих условий процесса
Если условия процесса позволяют, изменение рабочих параметров, таких как расход насоса, напор, скорость вращения и рабочая температура среды, позволяет избежать возникновения кавитации.
Заключение:
Из приведенной выше статьи мы поняли, как возникает кавитация в центробежном насосе, а также как избежать кавитации в центробежном насосе.
Если вы хотите рассмотреть возможность устранения первопричины кавитации, вы можете связаться с нами. Мы разработаем конструкцию центробежного насоса в соответствии с вашими конкретными условиями работы, чтобы удовлетворить ваши требования к перекачиванию.
Если кавитация уже возникла в ваших текущих условиях работы, вы также можете связаться с Насос Чанъюй сейчас. Мы обладаем более чем 20-летним опытом производства и исследований, чтобы помочь вам решить проблемы с насосами.
Электронная почта: [email protected]
Телефон: +86-13651913727
