Кавітація насосів: причини та що це таке в насосах

Кавітація в насосах – це серйозна проблема, з якою, на жаль, досить часто стикаються оператори насосного обладнання. Цей процес може призвести до поломки дорогого устаткування за лічені місяці. Якщо виникає кавітація, перестає працювати чилер і охолодження в цілому, погано функціонує опалення та вентиляція. Загалом, наслідки можуть бути руйнівними.

Що таке кавітація насоса простими словами

Що таке кавітація насоса? По факту, це явище, коли в робочій рідині всередині корпусу пристрою утворюються маленькі бульбашки, наповнені повітрям. Можливо, звучить безневинно, але насправді ці бульбашки здатні навіть руйнувати метал.

Уявіть киплячу воду в каструлі. Бачите бульбашки? Приблизно те ж відбувається в насосі, тільки без нагріву. Кавітація в насосах це фізичне явище, коли тиск зменшується нижче критичного рівня.

Бульбашки з'являються в зонах низького тиску. Потім вони потрапляють в область високого тиску і миттєво схлопуються. При схлопуванні створюється ударна хвиля, яка б'є по металу насоса.

Звичайно ж, одна бульбашка не страшна. Але їх мільйони, і вони схлопуються тисячі разів на секунду. Уявіть молоток, який б'є по металу 10000 разів на хвилину. Навіть найміцніша сталь не витримає такого навантаження.

Як виникає кавітація насосів: фізика процесу

Кавітація насосів починається з простого фізичного закону – у кожної рідини є тиск насиченої пари. При кімнатній температурі для води це приблизно 0,02 атмосфери. Коли тиск у рідині знижується нижче цього рівня, починається пароутворення. Сама вода перетворюється на пару, утворюючи бульбашки. Це відбувається без нагріву – просто через низький тиск.

У насосі найнижчий тиск створюється на вході в робоче колесо – тут лопаті розганяють рідину, створюючи розрідження. Якщо розрідження занадто сильне, з'являються бульбашки.

До речі, температура рідини впливає на процес. Гаряча вода кавітує легше холодної. При 80°С тиск насиченої пари води становить уже 0,47 атмосфери.

Причини кавітації насоса

Причини кавітації насоса можуть бути різними, це серйозна проблема. Розглянемо найпоширеніші:

Недостатній підпір на вході – головна причина проблем. Якщо агрегат встановлений занадто високо над рівнем рідини, створюється надмірне розрідження. Для відцентрового насоса критична висота підйому – 7-8 метрів для води.

Засмічення всмоктувального трубопроводу створює додатковий опір. Бруд, листя, сміття зменшують переріз труби. Насосу доводиться створювати більше розрідження для всмоктування рідини.

Надмірна швидкість потоку в трубах теж викликає кавітацію. Якщо діаметр всмоктувальної труби малий, швидкість рідини зростає. Рекомендована швидкість для всмоктувальних труб – не більше 1,5 м/с.

Неправильна робота запірної арматури теж часто стає причиною проблем. Частково закрита засувка на всмоктуванні створює місцевий опір і падіння тиску.

Висока температура перекачуваної рідини знижує запас до кавітації. Гаряча вода вимагає більшого підпору на вході в насос. Знос робочого колеса змінює гідравлічні характеристики насоса – зазори збільшуються, ефективність падає, схильність до кавітації зростає.

Читайте також: конструкція та будова кожухотрубного теплообмінника

Таблиця залежності тиску пари від температури:

Кавітація насосів – ознаки виникнення

Як зрозуміти, що почалася кавітація в насосах? Є кілька явних ознак. Шум і вібрація – перші сигнали тривоги. Насос починає працювати гучніше звичайного, з'являється характерний тріск, схожий на роботу з гравієм. Вібрація передається по трубопроводу.

Падіння продуктивності відбувається поступово. Насос качає менше води при тих же обертах. Тиск на виході знижується. Нестабільна робота проявляється у стрибках тиску та витрати. Манометр показує нерівномірні значення, потік рідини пульсує.

Підвищене споживання енергії говорить про зниження ККД. Двигун працює з більшим навантаженням, але корисна робота зменшується.

А ось що цікаво: кавітація в насосах це процес, який може бути непомітним спочатку. Руйнування відбувається поступово, і підприємство помічає проблему тільки при серйозних пошкодженнях.

Читайте також про холодопостачання пивзаводу

Кавітація в насосах – наслідки для обладнання

Кавітація насосів завдає серйозної шкоди обладнанню. Ерозійний знос робочого колеса – найпоширеніший наслідок. Метал буквально виїдається в місцях схлопування бульбашок, з'являються каверни, борозни, раковини.

Пошкодження корпусу насоса відбувається в зонах низького тиску. Частіше страждають ділянки біля входу в робоче колесо. Руйнування підшипників відбувається через підвищену вібрацію. Кавітаційні пульсації створюють додаткове навантаження на опори вала.

Пошкодження ущільнень викликане вібрацією та нестабільною роботою. Торцеві ущільнення швидко виходять з ладу.

До речі, ремонт насоса після кавітаційного зносу обходиться дорого. Заміна робочого колеса може коштувати 30-50% від ціни нового агрегату.

Рекомендуємо прочитати: охолодження води перед карбонізацією

Методи запобігання кавітації насоса

Причини кавітації насоса ми розібрали, а як її уникнути? Для цього існує ряд досить ефективних методів:

1.       Правильний монтаж насоса – основа надійної роботи. Висота встановлення над рівнем рідини не повинна перевищувати допустимих значень. Для води при 20°С це зазвичай 7-8 метрів.

2.       Збільшення діаметра всмоктувальних труб знижує швидкість потоку. Рекомендується використовувати труби на один розмір більше вхідного патрубка насоса.

3.       Встановлення зворотного клапана на кінці всмоктувальної труби запобігає зворотному потоку при зупинці насоса. Труба залишається заповненою водою.

4.       Регулярне очищення системи від сміття та відкладень підтримує нормальну пропускну здатність трубопроводів.

5.       Контроль температури рідини допомагає уникнути проблем з гарячими рідинами. При необхідності використовують охолодження або спеціальні насоси.

Розрахунок критичного тиску всмоктування

Що таке кавітація насоса з точки зору розрахунків? Існує параметр NPSH, який, власне, описує кавітаційний запас. Він показує, який мінімальний тиск потрібно створити на вході в насос. Якщо фактичний тиск менший за NPSH, почнеться кавітація.

Кожен насос має свій NPSH, вказаний у паспорті. Цей параметр залежить від продуктивності та обертів. Чим більша подача, тим вищий необхідний NPSH.

Фактичний кавітаційний запас розраховується за формулою: NPSH = Hатм + Hгеом - Hвтр - Hпар

Де:

·         Hатм – атмосферний тиск (10,3 м для води);

·         Hгеом – геометрична висота всмоктування;

·         Hвтр – втрати у всмоктувальному тракті;

·         Hпар – тиск насиченої пари рідини.

Що таке кавітація насоса – FAQ

Як швидко кавітація може зруйнувати насос?

Швидкість руйнування залежить від інтенсивності кавітації. При сильній кавітації робоче колесо може отримати серйозні пошкодження за кілька тижнів роботи. При слабкій процес розтягується на місяці та роки.

Чи можна почути кавітацію без спеціальних приладів?

Так, кавітація створює характерний шум, схожий на тріск або шурхіт. Звук нагадує роботу насоса з піском або гравієм. Досвідчений спеціаліст може визначити її на слух.

Чи впливає якість води на виникнення кавітації?

Якість води впливає опосередковано. Брудна вода з домішками може засмітити фільтри та труби, створюючи додатковий опір. Розчинені гази у воді посилюють кавітаційні процеси.

Чи можна повністю виключити кавітацію в насосі?

Теоретично так, практично – складно. При правильному проектуванні та експлуатації кавітацію можна звести до мінімуму. Але повністю виключити її у всіх режимах роботи дуже важко.

Чи допомагає встановлення розширювального бака на всмоктуванні?

Розширювальний бак на всмоктувальній лінії допомагає стабілізувати тиск. Він згладжує пульсації і може зменшити схильність до кавітації, особливо в системах зі змінною витратою.

Що робити, якщо кавітація вже почалася?

Потрібно негайно знайти та усунути причину. Перевірити рівень рідини, стан фільтрів, правильність встановлення насоса. При сильній кавітації краще зупинити насос до з'ясування причин.