Производство Торговая площадка
Для получения более детальной информации свяжитесь с Вашим региональным
менеджером

Кавитация насосов и пути ее устранения« назад

Пожалуй, главный источник проблем с насосами — кавитация. Физически это явление объясняется тем, что в жидкости всегда присутствует какое-то количество растворенного газа. При движении жидкости в ней могут возникать зоны разрежения. В результате выделяются пузыри. Попадая с потоком в зону более высоких давлений, пузыри схлопываются, выделяя энергию, которая разрушает поверхность рабочих колес, улиток и т.д.

Эта энергия также создает ударные волны, вызывающие вибрацию, распространяющуюся на рабочее колесо, вал, уплотнения, подшипники, повышая их износ. Возникновение кавитации обусловлено разными причинами (Любой вид кавитации связан с неучетом важных правил гидравлики и гидродинамики.

Каждый насос характеризуется величиной кавитационного запаса? hтр, обозначаемой западными насосными фирмами NPSHR. Это то минимальное давление, в пределах которого у жидкости, попадающей в насос, сохраняется состояние собственно жидкости. Величину? hтр в номинале и кривую зависимости? hтр от подачи/напора обязан предоставлять производитель насоса.

Насос в станцию необходимо подбирать, устанавливать и обвязывать так, чтобы он располагал в зоне своей работы (определяется наложением характеристик насосов и системы водоводов) тем допустимым кавитационным запасом? hдоп (или NPSHA), величина которого была бы выше? hтр (NPSHA > NPSHR).

Иными словами? hдоп – есть потенциальная энергия жидкости у всасывающего отверстия насоса? hдоп = Ha + Hs – Hvp -Hf -Hi, где Ha — атмосферное давление (10 м водного столба на уровне моря); Hs — статический напор (положительный или отрицательный), определяемый как разность уровней между свободной поверхностью жидкости и осью насоса, м; Hvp — давление паров перекачиваемой жидкости, зависящее от температуры, м; Hf — потери на трение во всасывающей линии, м; Hi — потери в пространстве между горловиной и головкой рабочего колеса насоса (если неизвестны, можно принять [1] равными 0,6 м).

Пример. Нужно определить геометрическую высоту всасывания Но для насоса с? hтр = 7,0 м.

Расчетом из таблиц получаем потери: на входе в насос Hi = 0,6 м; на трение во всасывающей линии Hf = 0,3 м; на задвижке Нv = 0,1 м; на конфузоре Нк = 0,1 м; давление насыщенных паров Hvp = 0,2 м. Величина Но равна Hs со знаком минус.

Для получения искомой Но применим систему из трех уравнений.

?hдоп = 1,1? hтр, (4.1), где 1,1 – коэффициент запаса, принимаемый в зависимости от условий работы насоса 1,1 – 1,5 [1].

Но = — Hs, (4.2) так как уровень воды отрицательный по отношению к оси насоса.

?hдоп = Ha + Hs — Hvp — Нк — Нv — Hf -Hi (4.3)

Отсюда Но = - (1,1? hтр — Ha + Hvp + Нк + Нv + Hf +Hi) или

Но = - (1,1 * 7,0 – 10 + 0,2 +0,1 + 0,1 + 0,3 + 0,6) = - (-1,0) = 1 м.

Требуемый кавитационный запас? hTP обычно вычисляют по характеристике, представляемой производителем насоса. Кривая? hTP начинается с точки нулевой подачи и медленно растет с увеличением. Когда подача превышает точку наибольшего КПД насоса кривая? hTP резко возрастает, по экспоненте. Зона справа от точки максимального КПД обычно является кавитационно опасной. Кавитационный запас не поддается контролю с точки зрения механики, и оператор насосной станции (особенно если он не ознакомлен с характеристиками насосов) улавливает по металлическому шуму и щелчкам уже развитую кавитацию. К сожалению, на рынке слишком мало приборов, позволяющих наблюдать и предотвращать кавитацию. Хотя датчик давления всасывающей стороне насоса, подающий сигнал тревоги при падении давления ниже допустимого для конкретного агрегата, мог бы и должен бы применяться повсеместно.

Многие операторы знают, что звук пропадает после прикрытия задвижки. Но, снижая тем самым подачу и кавитацию, можно не достичь технологических параметров производственного процесса или водоснабжения/водоотведения. Для того, чтобы правильно устранить кавитацию нужно использовать принцип – на входе в насос должно всегда быть жидкости больше, чем на выходе. Вот несколько простых способов как этого достичь:

— замените диаметр всасывающего патрубка на больший;

— переместите насос ближе к питающему резервуару, но не ближе 5-10 диаметров всасывающей трубы;

— понизьте сопротивление во всасывающей трубе, заменой ее материала на менее шероховатый, задвижки на шиберную, характеризующуюся меньшими местными потерями, удалением обратного клапана;

— если всасывающая труба имеет повороты, уменьшите их количество и (или) замените отводы малых на большие радиусы поворота, сориентировав их в одной плоскости (иногда правильно заменить жесткую трубу гибкой);

— увеличьте давление на всасывающей стороне насоса повышением уровня в питающем резервуаре либо снижением оси установки насоса, либо использованием бустерного насоса.

Изложенные способы просты и понятны любому специалисту, но. Рассматриваю недавно проект выполненный авторитетной, проектной организацией и обнаруживаю, что насосы с подачей 1400 м³ /ч оборудованы задвижками (рис. 3) диаметрами 400 мм с напорной и 300 мм со всасывающей стороны (!?) «Вы перепутали диаметры» – говорю – «Не может насос, изготавливаемый солидной европейской фирмой, быть выполнен вопреки классическому правилу: всасывающий патрубок должен быть больше напорного!»

Пример неверной обвязки насос насоса

Оказалось, что патрубки имеют одинаковые диаметры по 300мм. Чем руководствуется насосная фирма догадаться не трудно. С подходящим под данную подачу всасывающим патрубком O400 или O500 возросли бы размер улитки и цена. Но, если бы проектировщик подсчитал получаемые скорости на входе в насос 5,5 м/с, а за насосом 3,1 м/с, то смог бы убедить заказчика отказаться от насоса, способного кавитировать, хотя и менее дорогого.

Второй пример.

В насосной станции смонтированы агрегаты сухой горизонтальной установки выше уровня воды в приемном резервуаре на 2,8м. Их номинальные параметры: Q=3500 м³ /ч, Н=26м,? hтр (NPSHR)=7.7м. Насосы кавитируют. Реально они работают в точке Q=3900 м³ /ч, Н=24м, где? hтр (NPSHR)=8,6м. Диапазон производительности насосной станции 6 000-10 000 м³ /ч.

Решение проблемы:

С помощью формулы (4.3) этого параграфа подсчитываем? hдоп (NPSHA)=5.8м. Отсюда? hдоп<1,1?hтр=8,5м, что недопустимо, В фактической же точке работы, где разность 1,1?hтр-?hдоп=1,1х8,6=3,7 –условия еще жестче.

Рассмотрим два варианта вывода насосов из работы в зоне кавитации:

— Дросселирование напорной линии с помощью регулируемого клапана.

— Увеличение давления на всасывающей стороне, установкой в приемном отделении бустерного насоса.

Вариант 1 (с регулируемым клапаном).

Анализируя характеристики Q-H и Q-?hтр насоса, находим Q=2000 м³ /ч, при котором? hтр=3,8м<?hдоп. Подбираем регулирующий клапан, способный поддерживать давление в напорной линии каждого насоса на уровне 3,5 бар, что соответствует единичной подаче 2000 м³ /ч. Строим графики совместной работы трех насосов с тремя клапанами и трубопроводов (рис 4). Три насоса справляются с минимальным притоком 6000 м³ /ч.

Вариант 2 (с бустерным насосом).

Из предыдущих расчетов видно, что недостаток напора на всасывающей стороне насоса составляет 3,7 м. Наиболее просто монтируемыми и подходящими для значительных объемов на небольшую высоту являются насосы с осевыми или диагональными рабочими колесами (рис 4,5). Такие агрегаты устанавливаются непосредственно в нагнетательную колонну (в данном случае открытую). Подбираем насос с номинальными параметрами Q=3000 м³ /ч, Н=5,5 м, КПД=83%. Строим характеристики работы пары последовательно соединенных насосов (рис. 6) и трех пар последовательно – параллельно соединенных насосов (рис. 7) совместно с водоводом.

Графики совместной работы 3-х насосов с регулируемыми клапанами

1,2,3-графики одно, двух и трех параллельно работающих насосов соответственно. 4,5,6-графики водоводов с редукционными клапанами (клапаном), поддерживающим давление в системе 3,5 бар при работе одного, 2-х и 3-х насосов соответственно 7-характеристика водовода без дросселирования.

Погружной осевой насос 1, создающий подпор насосу сухой установки 2

Пуск существующего насоса осуществляется с задержкой, после того как осевой бустерный агрегат наполнит колонну водой до возможного излива.

Анализ характеристик показывает:

Подача бустерного агрегата (рис. 6) в рабочем диапазоне выше, чем у существующего, что обеспечило стабильный подпор последнему.

Графики работы последовательно соединенных насосов

1-характеристика насоса сухой установки 2-совместная характеристика последовательно работающих насосов 3-характеристика водовода.

Рабочая точка двух пар параллельно действующих насосов (рис. 7) соответствует Q=7200 м³ /ч, Н=30м и находится в зоне оптимума обоих агрегатов.

Графики работы последовательно соединенных насосов

1,2,3-графики работы одной, 2-х, 3-х пар последовательно соединенных насосов, соответственно 4-характеристика водовода.

Требуемый кавитационный запас существующих насосов сухой установки в этой точке? hтр=6м

Подсчитываем располагаемый кавитационный запас формуле (4,3):

?hдоп=10+2,0-0,2-0,2-0,1-0,3-0,6=10,6 м

Отсюда? hдоп=10,6>1,1?hтр=6,6м

Угрозы кавитации нет.

Энергетические затраты по вариантам показывают явное преимущество в использовании бустерных насосов, а денежная разность их (2081 272 руб) сравнима с закупочной ценой за агрегат.

Кроме того установка редукционного клапана не исключит проблем:

Наличие воздуха во всасывающем трубопроводе, следовательно, неустойчивой работы насосов;

Уменьшения ресурса работы подшипниковых узлов и уплотнений (при подаче 2000 м³ /чач насос работает на границе ограничения по Qmin, с повышенными осевыми и радиальными силами)

Таким образом, можно оценить целесообразность и эффективность мероприятий по устранению кавитации.

26.10.2011, 3297 просмотров.