Kahekordse imemisega jagatud korpusega pumpade kavitatsioon: põhjused, tiiviku konstruktsioon ja lahendused

Kavitatsioon on üks levinumaid hüdraulilisi probleeme, mis mõjutab tsentrifugaalpumpasid, eriti rakendustes, mis hõlmavad suurt voolukiirust, nõudlikke imemistingimusi või pidevat tööd. Kahekordse imemisega jagatud korpusega pumpade puhul võib kavitatsioon vähendada hüdraulilist jõudlust, suurendada vibratsiooni ja müra, kahjustada tiiviku pindu ja lühendada kriitiliste komponentide kasutusiga.

Kuigi kavitatsiooni seostatakse sageli ebapiisava imemisrõhuga, ei määra probleemi ainult imemistingimused. Tööratta sisselaskeava geomeetria, voolukiirus, tööpunkt, vedeliku temperatuur ja imitoru takistus mõjutavad kavitatsiooni tõenäosust.

Kavitatsioonikindluse parandamine nõuab seetõttu sobivat pumba valikut, hüdraulika konstruktsiooni optimeerimist ja süsteemi õiget töötamist.

Selles artiklis selgitatakse, kuidas kavitatsioon areneb kahekordse imemisega jagatud korpusega pumpades, uuritakse kahte olulist tiiviku konstruktsiooni täiustust ja tutvustatakse praktilisi meetodeid kavitatsiooni vältimiseks tööstuslikes pumpamissüsteemides.

 

 

1. Mis on kavitatsioon jagatud korpusega pumbas?

Kavitatsioon tekib siis, kui vedeliku kohalik rõhk langeb alla selle aururõhu, põhjustades osa vedelikust aurustumist ja väikeste aurumullide moodustumist.

Kui need mullid liiguvad pumba sees kõrgema rõhuga piirkondadesse, kukuvad need kiiresti kokku. Korduv mullide kokkuvarisemine võib tekitada lokaalseid survelööke ja kahjustada läheduses asuvaid metallpindu.

Kahekordse imemisega jagatud korpusega pumbas tekib kavitatsioon tavaliselt tiiviku sisselaskeava ümber, eriti labade esiservade lähedal, kus kohalik voolukiirendus võib põhjustada rõhu vähenemist.

Tüüpiliste sümptomite hulka kuuluvad:

Ebatavaline praksumine või kruusalaadne müra töö ajal.

Suurenenud vibratsioon ja ebastabiilne töö.

Tööratta pindadel on auk või erosioon.

Vähendatud pumba pea ja hüdraulika efektiivsus.

Kõikuv voolukiirus ja tühjendusrõhk.

Rasketel juhtudel laagrite ja mehaaniliste tihendite enneaegne kahjustus.

Kavitatsiooni tuleks eristada imitorustikku sisenevast õhust. Mõlemad võivad tekitada müra ja ebastabiilset tööd, kuid nende põhjused ja parandusmeetmed on erinevad. Õige diagnoos peaks võtma arvesse imemisrõhku, vedeliku tingimusi, tööandmeid ja sisekontrolli tulemusi.

 

2. Miks on kahekordse imemisega jagatud korpusega pumbad vastuvõtlikud kavitatsioonile?

Kahekordse imemisega jagatud korpusega pump kasutab tavaliselt horisontaalselt poolitatud korpust ja kahekordse sisendiga tiivikut. Vedelik siseneb tiivikusse mõlemalt poolt, jagades koguvoolu kahe sisselaskekanali vahel.

See paigutus pakub eeliseid suure vooluhulgaga rakenduste jaoks ja võib aidata tasakaalustada aksiaalseid hüdraulilisi jõude. See aga ei kõrvalda automaatselt kavitatsiooni.

Rõhk tiiviku sisselaskeava juures sõltub mitmest tegurist:

Suur sisselaskevoolu kiirus

Kui vedelik läbib piiratud või halvasti kavandatud sisselaskeava, võib selle kiirus suureneda ja kohalik staatiline rõhk väheneda. Kui kohalik rõhk langeb alla vedeliku aururõhu, võivad tekkida aurumullid.

Ebasobivad töötingimused

Soovitatavast töövahemikust liiga kaugel töötamine võib põhjustada ebasoodsaid voolumustreid, suurenenud hüdraulikakadusid, voolu eraldumist ja kohalikke rõhukõikumisi.

Ebapiisavad imemistingimused

Kõrge imemiskõrgus, pikk imemistoru, alamõõduline toru, osaliselt suletud ventiil või ummistunud kurn võivad suurendada imemiskadusid ja vähendada pumba sisselaskeava juures saadaolevat rõhku.

Kõrge vedeliku temperatuur

Vedeliku temperatuuri tõustes selle aururõhk üldiselt tõuseb. See vähendab olemasolevat rõhuvaru enne aurude moodustumist.

Ebaühtlane sisselaskevoolu jaotus

Kehv imitorustiku paigutus, lähedal asuvad põlved, järsud muutused toru läbimõõdus või muud ülesvoolu häired võivad tekitada ebaühtlase kiirusprofiili. See võib põhjustada ebasoodsaid voolutingimusi tiiviku sissepääsu juures, isegi kui üldine imemisrõhk tundub vastuvõetav.

Nende tegurite mõistmine on oluline enne otsustamist, kas probleem nõuab süsteemi muutmist, pumba ümberkujundamist või mõlema kombinatsiooni.

 

3. Kaks olulist kavitatsioonikindluse tiiviku konstruktsiooni täiustust

Tööratta sisselaskeava hüdraulilise konstruktsiooni täiustamine võib aidata vähendada kohalikku voolukiirendust ja rõhukadu. Kaks hindamist väärivat konstruktsiooniparameetrit on eesmine kaitsekatte profiil ja tiiviku rummu läbimõõt.

3.1 Optimeerige esikatte pöörderaadius

Esikate, mida nimetatakse ka esikatteplaadiks, moodustab osa tiiviku sisselaskevoolu kanalist.

Tiiviku laba esiserva lähedal mõjutab esikatte geomeetria seda, kuidas vedelik pöörleb ja satub labade kanalisse. Järsk üleminek või ebasobiv kõverus võib kaasa aidata kohalikule kiirendusele, voolu eraldumisele ja ebasoodsale rõhujaotusele.

Esikatte pöörderaadiuse optimeerimine võib aidata luua sujuvama sisselaskeava.

Võimalike eeliste hulka kuuluvad:

Voolu suuna järskude muutuste vähendamine.

Vedeliku kiiruse jaotumise parandamine laba sisselaskeava lähedal.

Kohalike hüdrauliliste kadude vähendamine.

Aitab vältida ebasoodsaid madalrõhupiirkondi tiiviku sissepääsu lähedal.

Projekteerimise käigus tuleks pöörderaadiust hinnata koos sisselaskeava laiuse, laba esiserva geomeetria ja tiiviku üldise läbikäiguga.

Suurem raadius ei ole igas pumbas automaatselt parem. Liiga suured geomeetrilised muutused võivad mõjutada voolu läbipääsu, hüdraulilist jõudlust või tootmise teostatavust. Lõplik profiil tuleks kindlaks määrata hüdraulilise konstruktsiooni arvutuste, vedeliku arvutusliku dünaamika (CFD) ja asjakohaste toimivustestide abil.

3.2 Vähendage sobivalt tiiviku rummu läbimõõtu

Rumm on tiiviku keskosa, mis ühendub pumba võlliga ja edastab pöörlemisvõimsuse tiivikule.

Projekteerimisetapis võib rummu läbimõõdu vähendamine, hoides tiiviku sisselaskeava läbimõõt muutumatuna, suurendada saadaolevat sisselaskevoolu pindala.

Suurem efektiivne vooluala võib aidata sobivates tingimustes vähendada keskmist sisselaskekiirust, parandades potentsiaalselt rõhu jaotust tiiviku aasa lähedal.

Rummu läbimõõt on aga tihedalt seotud ka mehaanilise tugevusega.

Enne rummu geomeetria muutmist tuleb arvestada järgmiste teguritega:

Võlli läbimõõt ja mehaaniline tugevus.

Rummu seina paksus ja konstruktsiooni terviklikkus.

Tööratta materjal ja pöörlemiskiirus.

Pingekontsentratsioon rummu ja võlli ühenduse ümber.

Tööratta kinnitus- ja montaažinõuded.

Hüdrauliline jõudlus ettenähtud töövahemikus.

Rummu läbimõõdu vähendamine ilma piisava konstruktsiooni hindamiseta võib nõrgendada tiivikut või mõjutada pöörleva sõlme töökindlust.

Seetõttu tuleks seda muudatust käsitleda pigem disainitaseme optimeerimisena kui rutiinse välja parandamisena. Lõplikud mõõtmed peavad vastama nii hüdraulilistele kui ka mehaanilistele nõuetele.

 

4. NPSH tähtsus kavitatsiooni ennetamisel

Tööratta geomeetria on vaid üks osa kavitatsiooni vältimisest. Samuti tuleb hinnata suhet süsteemi olemasoleva positiivse netoimemiskõrguse ja pumba nõutava positiivse netoimemiskõrguse vahel.

NPSH tähendab Net Positive Suction Head. Seda kasutatakse selleks, et hinnata, kas pumba imitorus on piisav rõhk auru moodustumise piiramiseks.

On kaks olulist parameetrit:

NPSHa (netopositiivne imemispea saadaval):Pumpamissüsteemi pakutav NPSH tegelikes töötingimustes.

NPSHr (vajalik netopositiivne imemispea):Pumba NPSH nõue kindlaksmääratud voolukiirusel ja kiirusel, mis määratakse kindlaks pumba jõudluse testimise teel.

Valiku põhitingimus on:

NPSHa > NPSHr

Praktilises inseneritöös tuleks säilitada ka asjakohane ohutusvaru. Nõutav varu sõltub pumba konstruktsioonist, töötingimustest, kehtivast standardist ja tootja soovitustest.

NPSHa-d saab vähendada:

Imemistorustiku ülemäärased hõõrdekaod.

Kõrge imemiskõrgus.

Madal vedeliku tase toitepaagis.

Kõrge vedeliku temperatuur.

Piiratud imiventiilid või blokeeritud filtrid.

Ebasoodsad süsteemi rõhutingimused.

Pumbal võib olla hästi läbimõeldud tiivik, kuid see võib siiski kogeda kavitatsiooni, kui saadaolev NPSH on ebapiisav. Seetõttu tuleb arvesse võtta nii pumbapoolseid nõudeid kui ka süsteemipoolseid tingimusi.

 

5. Praktilised meetmed kavitatsiooni vähendamiseks olemasolevates pumbasüsteemides

Lisaks pumba hüdraulilise konstruktsiooni parandamisele võivad mitmed süsteemitasemel reguleerimised aidata vähendada kavitatsiooni.

Täiustage imemistoru

Liigne voolukiiruse ja hõõrdekadude vältimiseks kasutage sobiva suurusega imitoru. Hoidke imemistorustik võimalikult lühike ja otsene ning vältige tarbetuid põlvesid, järske läbimõõdu muutusi ja piiravaid liitmikke.

Veenduge, et imiventiilid oleksid normaalse töö ajal täielikult avatud ning filtreid või filtreid regulaarselt kontrollitaks ja puhastataks.

Säilitage piisav vedelikuvaru

Kontrollige vedeliku taset toitepaagis ja vaadake üle pumba paigalduskõrgus. Kui tingimused seda võimaldavad, võib imemiskõrguse vähendamine või staatilise vedeliku taseme tõstmine parandada NPSHa-d.

Suletud süsteemide puhul veenduge, et süsteemi rõhk vastab vedeliku temperatuurile ja töönõuetele.

Töötage soovitatava tööpiirkonna lähedal

Kontrollige tegelikku voolukiirust võrreldes tootja pumba jõudluskõveraga.

Vältige pikaajalist töötamist liiga madala või suure voolukiirusega, kus võib tekkida hüdrauliline ebastabiilsus. Valige pump, mille parim efektiivsuspunkt ja lubatud töövahemik on süsteemi eeldatava töö jaoks sobivad.

Jälgige temperatuuri ja vedeliku tingimusi

Kuumade vedelike puhul hinnake nende aururõhku tegelikul töötemperatuuril. Vedeliku temperatuuri, koostise, viskoossuse või gaasisisalduse muutused võivad mõjutada imemist.

Pumba NPSH-vajadust tuleks hinnata tegelike vedeliku- ja töötingimuste järgi, mitte tugineda ainult veepõhistele võrdlusandmetele.

Kontrollige tiivikuid ja sisemisi voolukanaleid

Plaanilise hoolduse ajal kontrollige tiiviku labade esiservasid, kaitsekatteid ja muid märjaks saanud pindu aukude, erosiooni, korrosiooni ja sademete suhtes.

Kahjustuse avastamisel tehke enne parandusmeetodi valimist kindlaks, kas see on seotud kavitatsiooni, abrasiivse kulumise, korrosiooni või mõne muu mehhanismiga.

 

6. Kuidas valida parema kavitatsioonikindlusega jagatud korpusega pump

Sobivate imemisomadustega pumba valimine on eriti oluline suure vooluhulgaga veevarustuse, jahutusvee tsirkulatsiooni, niisutamise ja tööstuslike protsesside jaoks.

Enne kahe imemisega jagatud korpusega pumba valimist peaksid insenerid hindama järgmist teavet:

Valikutegur	Teave kinnitamiseks
Voolukiirus	Tavaline, minimaalne ja maksimaalne töövoog
Täielik dünaamiline pea	Vajalik pea tegelikes süsteemitingimustes
Vedeliku omadused	Tüüp, temperatuur, tihedus, viskoossus ja aururõhk
Imemistingimused	Toitepaagi tase, rõhk, imemiskõrgus ja torustiku kaod
NPSH	Saadaval NPSHa ja pumbaga nõutav NPSHr
Pumba kiirus	Mootori kiirus ja eeldatavad töötingimused
Paigaldamine	Vundament, torude paigutus ja sisselaskevoolu tingimused
Materjalid	Korrosioonikindlus ja sobivus pumbatavale vedelikule

Pumpa tuleks hinnata selle täielike jõudluskõverate abil, sealhulgas vooluhulk, tõstekõrgus, efektiivsus, võimsus ja NPSHr.

Piiratud imemisrõhu või nõudlike sisselasketingimustega rakenduste jaoks võib sobiva madala NPSH-ga hüdrauliliste omadustega pump olla sobivam kui lihtsalt suurema mootori või suurema võimsusega mudeli valimine.

 

Järeldus

Kahekordse imemisega jagatud korpusega pumpade kavitatsiooni mõjutavad nii pumpamissüsteem kui ka sisemine hüdraulika konstruktsioon. Selle arengule võivad kaasa aidata ebapiisav NPSH, liigne sisselaskekiirus, ebasoodne voolujaotus ja sobimatud töötingimused.

Projekteerimisel võib esikatte pöörderaadiuse optimeerimine ja tiiviku rummu läbimõõdu sobiv vähendamine aidata parandada sisselaskevoolu tingimusi. Neid modifikatsioone tuleb siiski hinnata koos tiiviku tugevuse, võlli konstruktsiooni, hüdraulilise jõudluse ja tootmisnõuetega.

Olemasolevate paigaldiste puhul on imitorustiku tingimuste parandamine, piisava vedelikuvarustuse säilitamine, soovitatud vahemikus töötamine ja NPSH jälgimine võrdselt olulised.

Süstemaatiline lähenemine, mis ühendab endas usaldusväärse hüdraulika disaini, täpse pumba valiku ja süsteemi õige töö, võib aidata vähendada kavitatsioonikahjustusi ja parandada tööstuslike tsentrifugaalpumpade pikaajalist töökindlust.