Kérdések és válaszok: A szivattyú kavitációjának diagnosztizálása és ellenőrzése

Dale Conway, a Thompson Pump mérnöki alelnöke kérdéseket vet fel a szivattyú kavitációjával kapcsolatban, és betekintést nyújt a kavitáció hatékony diagnosztizálásának és szabályozásának stratégiáiba a szivattyúrendszerekben.

hálózat

Dale Conway
Mérnöki alelnök, Thompson Pump

Dale Conway a Thompson Pump mérnöki alelnöke. Ebben a beosztásban felügyeli a szivattyúipar minden mérnöki részlegét és műszaki szempontját, mint például a gyártástechnika, a minőségbiztosítás, valamint a kutatás és fejlesztés. Mr. Conway a közép-floridai egyetemen szerzett gépészmérnöki diplomát. Képzett ISO-9001 belső auditor, és sikeresen implementálta az ISO-9001-nek megfelelő minőségirányítási rendszert a Thompson Pump-nál. Számos szivattyúval és szivattyúkavitációval kapcsolatos szemináriumon vett részt és tanított az egész országban, és számos műszaki cikket írt. Mr. Conway a 800 767-7310 telefonszámon vagy a [email protected] címen érhető el.

K: A szivattyú kavitációját általában két általános kategóriába sorolják - inerciális és nem inerciális kavitáció. Mi a különbség az inerciális kavitáció és a nem inerciális kavitáció között?

V: A kavitációt általában a folyadékban lévő üregek vagy buborékok viselkedésének leírására használják. Bármikor, amikor egy áramló folyadék a gőznyomása alá esik, gőzbuborékok képződhetnek. Ha az áramló folyadékot a gőznyomás feletti nyomásnak teszik ki, ezek a buborékok károsodást okozhatnak, amit kavitációnak neveznek. A szivattyú kavitációja általában két viselkedési osztályra oszlik: inerciális (vagy tranziens) kavitációra és a nem inerciális kavitációra. A tehetetlenségi kavitáció az a folyamat, amikor a folyadékban lévő üreg vagy buborék gyorsan összeomlik, és lökéshullámot produkál. A nem inerciális kavitáció az a folyamat, amelynek során a folyadékban lévő buborék valamilyen energiabevitel, például akusztikus tér miatt méretben vagy alakban kénytelen oszcillálni.

K: Melyek a szivattyú kavitációjának tipikus okai? Melyek a kavitáció tipikus végeredményei a szivattyúrendszerekben?

V: A szivattyúk kavitációjának oka általában a szivattyú szívó oldalán található elégtelen NPSH (nettó pozitív szívófej) energia következménye. Az NPSH a folyadéknak a szivattyúba való tolásához szükséges energia. Ezt a következők okozhatják:

  • Ha a szivattyú túl nagy távolságra van a folyadékforrás felett
  • Túl kicsi a szívócső átmérője
  • Túl hosszú a szívócső távolsága
  • Túl sok szerelvény van a szívócsövön
  • Alacsony gőznyomású folyadék kezelése
  • Túl gyors a szivattyú működtetése

A kavitáció végeredménye a szivattyú belsejében található gőzbuborékok összeomlása, ami számos problémát okozhat. Az első probléma a szivattyú szivattyúteljesítményének csökkenése. Ha a szivattyú nem képes lépést tartani a bejövő áramlással, akkor túlfolyási helyzet állhat elő. A kavitáció károsítja a szivattyút is. Az összeomló gőzbuborékok túlzott rezgést okozhatnak, ami azt okozhatja, hogy a forgó alkatrészek, például a járókerék, érintkezésbe kerüljenek a nem forgó alkatrészekkel, például a kopólemezekkel vagy a kopógyűrűkkel, ami károsodást okozhat. A túlzott rezgés a mechanikus tömítések és csapágyak idő előtti meghibásodását is okozhatja. A kavitáció károsíthatja a nedvesített alkatrészeket is a behatoló gőzbuborékokkal való érintkezésből. Ezekben az esetekben a gőzbuborékok behatolásakor felszabaduló energia a fémdarabok letörését és ütközését okozza más mozgó részekkel. A kár általában a járókeréknél jelentkezik, és jelentősen lerövidítheti a szivattyú élettartamát.

K: Melyek azok a gyakori figyelmeztető jelek, amelyek jelezhetik a végfelhasználó számára, hogy szivattyú kavitációja van?

V: Ha a szivattyú kavitál, akkor általában rezeg, kevesebb áramlást biztosít és olyan zajt ad ki, amely golyóként hangzik át a szivattyún. A hang alacsony szinten indulhat, és az idő múlásával növekszik az intenzitása, mivel az anyag elszakad és az alkatrészek felülete érdesebbé válik. Ez annak köszönhető, hogy a szivattyú durva belső felületeihez való érintkezéskor a folyadék ellenállása (súrlódása) szükséges.

A kavitációt gyakran összekeverik egy másik jelenséggel, az úgynevezett légbevonással. A levegő beszívása akkor történik, amikor a levegő a szívóoldalon engedi bejutni a szivattyúba, és kitágul, amikor belép a járókerék szemébe. Ez gyakran csökkentheti a szivattyú áramlását, és rezgést okozhat a szivattyún átmenő lamináris áramlás megszakításában. A levegő beszívása hasonló károkat okozhat a csapágyakban és a tömítésekben. A kavitációval ellentétben ez a probléma könnyen orvosolható a légszivárgások egyszerű azonosításával és kijavításával.

A kavitációval és a levegő befogadásával kapcsolatos érdekes szempont, hogy néhány tapasztalt szivattyúhasználó valójában kis mennyiségű levegőt fecskendezett be a kavitációt megakadályozó szivattyúkba. Levegő befecskendezésével egy kavitáló szivattyúba a légbuborékok csillapítják a beégő gőzbuborékok hatását és csökkentik a szivattyú NPSHr értékét, ezáltal csökkentve a kavitációt. Ezt a technikát azonban csak szakképzett szivattyú-technikusok használhatják, mivel a túl sok levegő feltöltési problémákat okozhat, továbbá a levegő hozzáadása általában csökkenti a szivattyú kapacitását, ami túlfolyási állapotot okozhat.

K: Miért olyan elterjedt a kavitáció a szivattyúrendszerben és annak környékén, mint a folyamat többi szakasza? A folyamatvonal mely egyéb szegmensei különösen érzékenyek a kavitációs körülményekre?

V: A kavitáció gyakran előfordul a szivattyúkban a változó nyomások miatt. A centrifugális szivattyúk abból az elvből működnek, hogy alacsony nyomást teremtsenek a járókerék szemén (közepén), és a légköri nyomás arra kényszeríti a szemet, hogy a folyadék kitöltse az üreget. Amint a folyadék a járókerék szeméhez közeledik, a nyomás csökken, és ha a nyomás az adott folyadék gőznyomása alá csökken, akkor forrni kezd, és gőzbuborékokat képez. Amint a folyadék elhagyja a járókerék szemét, most nagyobb nyomásnak van kitéve (a járókerék forgása miatt a ház belsejében), amelyek a folyadék gőznyomása fölé emelkedhetnek, és a gőzbuborékok beszorulhatnak.

A kavitáció olyan szelepekben is előfordulhat, ahol a nyomás hirtelen csökken, és van esély arra, hogy a folyadék a gőznyomása alá essen. Ez gyakran előfordulhat fojtószelepeknél, például kapuszelepeknél vagy gömbszelepeknél. Ha a szelep egyik oldaláról a másikra a nyomáskülönbség túl nagy lesz, a folyadék elpárologhat a szelepen, és a szelep lefelé néző oldalán behatolhat. A szelepek kavitációjának elkerülése az, hogy méretük megfelelő legyen a megfelelő sebességhez. A szelepek jellemzően 15 láb/másodpercnél kisebb sebességre vannak méretezve, hogy elkerüljék a kavitáció lehetőségét.

K: Melyek azok a bevált gyakorlatok, amelyeket a végfelhasználók alkalmazhatnak a szivattyú kavitációjának megakadályozására?

V: Mindig számítsa ki a rendszerből az NPSHa-t (elérhető nettó pozitív szívófej), és hasonlítsa össze a szivattyú által használt NPSHr-vel (szükséges nettó pozitív szívófej). A kavitáció megakadályozása érdekében az NPSHa-nak mindig egy-két lábnyira kell lennie a szivattyú NPSHr-jétől.

Az NPSHr a szivattyú kialakításának függvénye, és nem változtatható meg. Az NPSHa a rendszer paramétereinek függvénye, és megváltoztatható. Az NPSHa tartalmazza a légköri nyomást, a szivattyúzandó folyadék gőznyomását, a vízszinttől a szivattyúig tartó statikus magasságot és a súrlódási veszteségeket. A légköri nyomás függ a magasságtól. Nagyobb magasságokban a légköri nyomás kisebb, és ezt követően nincs annyi energia rendelkezésre, hogy a folyadékot a szivattyúba tolják. A gőznyomás a folyadék típusától és a folyadék hőmérsékletétől függ. Ha a folyadékot hagyják lehűlni a szivattyú előtt, gyakran könnyebben pumpálható. A folyadék szintjétől a szivattyúig tartó statikus magasságot tekintve gyakran lehetséges, hogy a szivattyút közelebb helyezzük a folyadékhoz, hogy növeljük az NPSHa értéket. A súrlódási veszteségek csökkentése érdekében gyakran nagyobb átmérőjű csövek alkalmazhatók az NPSHa növelésére és ezáltal a szivattyú kavitációjának megakadályozására.

Ha az NPSHa növelése a fent leírtak szerint nem lehetséges, akkor a szivattyú felhasználójának nagyobb szivattyút vagy alacsonyabb sebességgel működő szivattyút kell keresnie alacsonyabb NPSHr értékkel.

K: Technológiai szempontból milyen rendszereket alkalmazhatnak a végfelhasználók, hogy hatékonyabban diagnosztizálják és mérsékeljék a szivattyú kavitációját?

V: A leghatékonyabb megoldás a szivattyú meghallgatása és az áramlás értékelése. Az áramlást leginkább áramlásmérőkkel lehet meghatározni, és a mozgatható folyadék típusától függően a kereskedelemben többféle típus létezik. A szivattyú hallgatása szabad füllel, képzett személyzet által vagy megfelelő zajszintmérők használatával történhet. A kavitáció kimutatására kifinomultabb rezgésmérő berendezések is alkalmazhatók. Ezek a hordozható eszközök csatlakozhatnak a szivattyú csapágyházához, hogy érzékeljék a mozgást (elmozdulást) a szivattyúrendszerben.

K: Tapasztalataid szerint melyek a szivattyú kavitációjának legnehezebb alkalmazásai? Hogyan oldották meg ezeket a kavitációs problémákat?

V: A kavitációra hajlamos alkalmazások közül a legelterjedtebbek közé tartoznak azok az alkalmazások, amelyek nagy szívómagasságú emelőkkel rendelkeznek, kis vagy egyáltalán nem rendelkező ürítőfejekkel, mint például az aknák szennyvízének megkerülésénél. Ezekben az alkalmazásokban az üzemi pont nem esik a tipikus teljesítménygörbére, mert nincs elégtelen nyomás. Ezekben az alkalmazásokban úgy hívják, hogy "túlságosan a görbe jobb oldalán" működik. Ennek megoldása az, hogy mesterséges nyomást gyakorol a szivattyú ürítésére. Ez úgy érhető el, hogy kisebb átmérőjű nyomótömlőt használ, vagy fojtószelepet helyez a nyomóvezetékbe.

További példaként említhetjük a fűtött folyadékokat, amelyek már közel vannak forráspontjukhoz. Ezekben az esetekben a folyadékot nem lehet felemelni, és megfelelő távolságot kell biztosítani a szivattyú magassága felett.