Кавитация насоса: причины и что это такое в насосах

Кавитация насоса – это серьезная проблема, с которой, к сожалению, достаточно часто сталкиваются операторы насосного оборудования. Этот процесс может привести к поломке дорогостоящей техники за считанные месяцы. Если возникает кавитация, перестает работать чиллер и охлаждение в целом, плохо функционирует отопление и вентиляция. В общем, последствия могут быть разрушительными.

Что такое кавитация насоса простыми словами

Что такое кавитация насоса? По факту, это явление, когда в рабочей жидкости внутри корпуса устройства образуются маленькие пузырьки, наполненные воздухом. Может быть, звучит безобидно, но на деле эти пузырьки способны даже разрушать металл.

Представьте кипящую воду в кастрюле. Видите пузырьки? Примерно то же происходит в насосе, только без нагрева. Кавитация в насосах это физическое явление, когда давление уменьшается ниже критического уровня.

Пузырьки появляются в зонах низкого давления. Затем они попадают в область высокого давления и мгновенно схлопываются. При схлопывании создается ударная волна, которая бьет по металлу насоса.

Конечно же, один пузырек не страшен. Но их миллионы, и они схлопываются тысячи раз в секунду. Представьте молоток, который бьет по металлу 10000 раз в минуту. Даже самая прочная сталь не выдержит такой нагрузки.

Как возникает кавитация насосов: физика процесса

Кавитация насосов начинается с простого физического закона – у каждой жидкости есть давление насыщенного пара. При комнатной температуре для воды это примерно 0,02 атмосферы. Когда давление в жидкости снижается ниже этого уровня, начинается парообразование. Сама вода превращается в пар, образуя пузырьки. Это происходит без нагрева – просто из-за низкого давления.

В насосе самое низкое давление создается на входе в рабочее колесо – здесь лопатки разгоняют жидкость, создавая разрежение. Если разрежение слишком сильное, появляются пузырьки.

Кстати, температура жидкости влияет на процесс. Горячая вода кавитирует легче холодной. При 80°С давление насыщенного пара воды составляет уже 0,47 атмосферы.

Кавитация насоса причины

Кавитация насоса причины которой могут быть разными, это серьезная проблема. Рассмотрим самые распространенные:

Недостаточный подпор на входе – главная причина проблем. Если агрегат установлен слишком высоко над уровнем жидкости, создается чрезмерное разрежение. Для центробежного насоса критическая высота подъема – 7-8 метров для воды.

Засорение всасывающего трубопровода создает дополнительное сопротивление. Грязь, листья, мусор уменьшают сечение трубы. Насосу приходится создавать большее разрежение для всасывания жидкости.

Чрезмерная скорость потока в трубах тоже вызывает кавитацию. Если диаметр всасывающей трубы мал, скорость жидкости растет. Рекомендуемая скорость для всасывающих труб – не более 1,5 м/с.

Неправильная работа запорной арматуры тоже часто становится причиной проблем. Частично закрытая задвижка на всасывании создает местное сопротивление и падение давления.

Высокая температура перекачиваемой жидкости снижает запас до кавитации. Горячая вода требует большего подпора на входе в насос. Износ рабочего колеса изменяет гидравлические характеристики насоса – зазоры увеличиваются, эффективность падает, склонность к кавитации растет.

Читайте также: конструкция и устройство кожухотрубного теплообменника

Таблица зависимости давления пара от температуры:

Кавитация насосов – признаки возникновения

Как понять, что началась кавитация насоса? Есть несколько явных признаков. Шум и вибрация – первые сигналы тревоги. Насос начинает работать громче обычного, появляется характерный треск, похожий на работу с гравием. Вибрация передается по трубопроводу.

Падение производительности происходит постепенно. Насос качает меньше воды при тех же оборотах. Давление на выходе снижается. Нестабильная работа проявляется в скачках давления и расхода. Манометр показывает неравномерные значения, поток жидкости пульсирует.

Повышенное потребление энергии говорит о снижении КПД. Двигатель работает с большей нагрузкой, но полезная работа уменьшается.

А вот что интересно: кавитация в насосах это процесс, который может быть незаметным поначалу. Разрушение происходит постепенно, и предприятие замечает проблему только при серьезных повреждениях.

Читайте также о холодоснабжении пивзавода

Кавитация насоса - последствия для оборудования

Кавитация насосов наносит серьезный ущерб оборудованию. Эрозионный износ рабочего колеса – самое распространенное последствие. Металл буквально выедается в местах схлопывания пузырьков, появляются каверны, борозды, раковины.

Повреждение корпуса насоса происходит в зонах низкого давления. Чаще страдают участки возле входа в рабочее колесо. Разрушение подшипников происходит из-за повышенной вибрации. Кавитационные пульсации создают дополнительную нагрузку на опоры вала.

Повреждение уплотнений вызвано вибрацией и нестабильной работой. Торцевые уплотнения быстро выходят из строя.

Кстати, ремонт насоса после кавитационного износа обходится дорого. Замена рабочего колеса может стоить 30-50% от цены нового агрегата.

Рекомендуем прочитать: охлаждение воды перед карбонизацией

Методы предотвращения кавитации насоса

Кавитация насоса причины которой мы разобрали, а как ее избежать? Для этого существует ряд достаточно эффективных методов:

1.       Правильный монтаж насоса – основа надежной работы. Высота установки над уровнем жидкости не должна превышать допустимых значений. Для воды при 20°С это обычно 7-8 метров.

2.       Увеличение диаметра всасывающих труб снижает скорость потока. Рекомендуется использовать трубы на один размер больше входного патрубка насоса.

3.       Установка обратного клапана на конце всасывающей трубы предотвращает обратный поток при остановке насоса. Труба остается заполненной водой.

4.       Регулярная очистка системы от мусора и отложений поддерживает нормальную пропускную способность трубопроводов.

5.       Контроль температуры жидкости помогает избежать проблем с горячими жидкостями. При необходимости используют охлаждение или специальные насосы.

Расчет критического давления всасывания

Что такое кавитация насоса с точки зрения расчетов? Существует параметр NPSH, который, собственно, описывает кавитационный запас. Он показывает, какое минимальное давление нужно создать на входе в насос. Если фактическое давление меньше NPSH, начнется кавитация.

Каждый насос имеет свой NPSH, указанный в паспорте. Этот параметр зависит от производительности и оборотов. Чем больше подача, тем выше требуемый NPSH.

Фактический кавитационный запас рассчитывается по формуле: NPSH = Hатм + Hгеом - Hпот - Hпар

Где:

·         Hатм – атмосферное давление (10,3 м для воды);

·         Hгеом – геометрическая высота всасывания;

·         Hпот – потери во всасывающем тракте;

·         Hпар – давление насыщенного пара жидкости.

Что такое кавитация насоса – FAQ

Как быстро кавитация может разрушить насос?

Скорость разрушения зависит от интенсивности кавитации. При сильной кавитации рабочее колесо может получить серьезные повреждения за несколько недель работы. При слабой процесс растягивается на месяцы и годы.

Можно ли услышать кавитацию без специальных приборов?

Да, кавитация создает характерный шум, похожий на треск или шуршание. Звук напоминает работу насоса с песком или гравием. Опытный специалист может определить ее на слух.

Влияет ли качество воды на возникновение кавитации?

Качество воды влияет косвенно. Грязная вода с примесями может засорить фильтры и трубы, создавая дополнительное сопротивление. Растворенные газы в воде усиливают кавитационные процессы.

Можно ли полностью исключить кавитацию в насосе?

Теоретически да, практически – сложно. При правильном проектировании и эксплуатации кавитацию можно свести к минимуму. Но полностью исключить ее во всех режимах работы очень трудно.

Помогает ли установка расширительного бака на всасывании?

Расширительный бак на всасывающей линии помогает стабилизировать давление. Он сглаживает пульсации и может уменьшить склонность к кавитации, особенно в системах с переменным расходом.

Что делать, если кавитация уже началась?

Нужно немедленно найти и устранить причину. Проверить уровень жидкости, состояние фильтров, правильность установки насоса. При сильной кавитации лучше остановить насос до выяснения причин.