Теория насосов. Часть IV

Кавитация образуется при возникновении и разрушении пузырьков пара в жидкости. Пузырьки пара образуются при условии, когда местное статическое давление в движущейся жидкости понижается до уровня давления насыщенных паров или ниже его при температуре окружающей среды. Когда пузырек или полость перемещается с потоком в зону высокого давления, он быстро разрушается. Взрыв пузырька приводит к возникновению в жидкости временной ударной волны чрезвычайно высокого местного давления. Если взрыв пузырьков происходит вблизи поверхности, удары давления, если они возникают постоянно, в конце концов, разрушат поверхностный материал.

Рис.7 Перекачиваемая жидкость ударяется о входную кромку лопасти рабочего колеса под углом отличным от угла лопатки. Вихри и зоны пониженного давления образуются на обратной стороне рабочего колеса. Если давление становится ниже давления насыщенного пара, то возникают пузырьки пара. Переместившись совместно с потоком в зону повышенного давления, они неизбежно взорвутся. Это может привести к образованию раковин и коррозии на поверхности, расположенной рядом с областью повышенного давления.

Явление кавитации обычно возникает в центробежных насосах в местах, расположенных вблизи входных кромок лопастей рабочего колеса (см. Рис.7). Кавитация может также понизить характеристику Q/H насоса и его эффективность. Кавитирующий насос издает характерный дребезжащий звук, как будто через насос прокачивается песок. Ни один из материалов, используемых в конструкции насосов, не сможет полностью противостоять кавитации, поэтому необходимо проявить особое внимание ситуациям, создающим угрозу возникновения кавитации.

Следы износа от кавитации обычно носят локальный характер и представляют собой глубокие поверхностные раковины с острыми краями. Глубина этих раковин может достигать нескольких миллиметров (обратите внимание на Рис.8).

Обычно рабочие характеристики насосов, опубликованные для насосов погружного типа, представлены таким образом, что в нормально установленном в жидкости насосе кавитация не возникнет до тех пор, пока условия его эксплуатации будут находиться в допустимых пределах характеристики Q/H.

Рис.8 Типичные следы разрушения материала рабочего колеса вследствие кавитации

Рис.9 Размеры и давления для расчета NPSH

Если насос погружного типа устанавливается в сухом исполнении с использованием всасывающего патрубка, то в этой ситуации необходимо проверить оборудование на возможность возникновения кавитации. В таких случаях используется концепция NPSH.

NPSH является аналогом понятия кавитационного запаса и переводится как "суммарный напор всасывания при нагнетании". Приведенные ниже величины используются при расчете величины NPSH:

ht- высота всасывания
hA- разность высот между плоскостью отсчета и концом входной кромки
лопасти рабочего колеса Hrt - потери потока во всасывающем патрубке
V0²/2g - скоростной напор
Δh- местная потеря давления на входной кромке лопасти рабочего колеса
Pb - давление окружающей среды на уровне жидкости
Pmin - минимальное статическое давление в насосе
Pv- давление насыщенных паров

Напоры показаны на рисунке 9.

В целях избежания кавитации минимальное статическое давление в насосе (Pmin) должно быть больше давления насыщенных паров жидкости, или

Pmin> Pv

На рисунке 10 показан принцип распределения статического давления жидкости во всасывающей трубе, насосе и в напорной трубе при "сухой" установке насоса.

Рис.10 Разброс давлений при "сухом" способе установки насоса погружного типа. Распределение статического давления во всасывающем патрубке, насосе и напорной трубе.

Плоскостью отсчета является плоскость, с помощью которой производится расчет NPSH. Она представляет собой горизонтальную плоскость, проходящую через центр окружности, описываемой концом входной кромки лопасти рабочего колеса. Для горизонтально устанавливаемых насосов плоскость отсчета совпадает с осевой линией вала двигателя. Для вертикально устанавливаемых насосов положение плоскости отсчета определяется производителем насоса.

По материалам компании GRUNDFOS