Kavitācija dubultās sūkšanas sadalītā korpusa sūkņos: cēloņi, lāpstiņriteņa dizains un risinājumi

Kavitācija ir viena no visbiežāk sastopamajām hidrauliskajām problēmām, kas ietekmē centrbēdzes sūkņus, jo īpaši lietojumos, kas saistīti ar lielu plūsmas ātrumu, prasīgiem sūkšanas apstākļiem vai nepārtrauktu darbību. Divkāršās sūkšanas sūkņiem ar dalītu korpusu kavitācija var samazināt hidraulisko veiktspēju, palielināt vibrāciju un troksni, sabojāt lāpstiņriteņa virsmas un saīsināt kritisko komponentu kalpošanas laiku.

Lai gan kavitācija bieži ir saistīta ar nepietiekamu sūkšanas spiedienu, problēmu nenosaka tikai sūkšanas apstākļi. Kavitācijas iespējamību ietekmē lāpstiņriteņa ieplūdes ģeometrija, plūsmas ātrums, darba punkts, šķidruma temperatūra un sūkšanas cauruļvada pretestība.

Tāpēc, lai uzlabotu kavitācijas pretestību, ir nepieciešama atbilstoša sūkņa izvēle, hidrauliskās konstrukcijas optimizācija un pareiza sistēmas darbība.

Šajā rakstā ir izskaidrots, kā veidojas kavitācija divkāršās sūkšanas sūkņos, apskatīti divi svarīgi lāpstiņriteņa konstrukcijas uzlabojumi un ieviestas praktiskas metodes kavitācijas novēršanai rūpnieciskās sūknēšanas sistēmās.

 

 

1. Kas ir kavitācija sadalītā korpusa sūknī?

Kavitācija rodas, kad šķidruma lokālais spiediens nokrītas zem tā tvaika spiediena, izraisot šķidruma daļas iztvaikošanu un mazu tvaika burbuļu veidošanos.

Šiem burbuļiem pārvietojoties uz augstāka spiediena apgabaliem sūkņa iekšpusē, tie ātri sabrūk. Atkārtota burbuļa sabrukšana var radīt lokālus spiediena triecienus un sabojāt tuvumā esošās metāla virsmas.

Divkāršā sūkšanas dalītā korpusa sūknī kavitācija parasti veidojas ap lāpstiņriteņa ieplūdi, īpaši tuvu lāpstiņu priekšējām malām, kur vietējais plūsmas paātrinājums var izraisīt spiediena samazināšanos.

Tipiski simptomi ir:

Ekspluatācijas laikā neparasts sprakšķēšana vai grants līdzīgs troksnis.

Paaugstināta vibrācija un nestabila darbība.

Dobumu veidošanās vai erozija uz lāpstiņriteņa virsmām.

Samazināta sūkņa galva un hidrauliskā efektivitāte.

Svārstīgs plūsmas ātrums un izplūdes spiediens.

Smagos gadījumos priekšlaicīga gultņu un mehānisko blīvējumu bojājumi.

Kavitācija jānošķir no gaisa iekļūšanas sūkšanas cauruļvadā. Abi var radīt troksni un nestabilu darbību, taču to cēloņi un koriģējošie pasākumi ir atšķirīgi. Pareizai diagnostikai jāņem vērā sūkšanas spiediens, šķidruma apstākļi, darbības dati un iekšējās pārbaudes rezultāti.

 

2. Kāpēc dubultās sūkšanas sadalītās korpusa sūkņi ir uzņēmīgi pret kavitāciju?

Dubultās sūkšanas sadalītā korpusa sūknis parasti izmanto horizontāli sadalītu korpusu un divkāršās ievades lāpstiņriteni. Šķidrums ieplūst lāpstiņritenī no abām pusēm, sadalot kopējo plūsmu starp diviem ieplūdes kanāliem.

Šis izkārtojums sniedz priekšrocības lielas plūsmas lietojumiem un var palīdzēt līdzsvarot aksiālos hidrauliskos spēkus. Tomēr tas automātiski nenovērš kavitāciju.

Spiediens lāpstiņriteņa ieplūdē ir atkarīgs no vairākiem faktoriem:

Augsts ieplūdes plūsmas ātrums

Kad šķidrums iziet cauri ierobežotai vai slikti izstrādātai ieplūdes ejai, tā ātrums var palielināties un vietējais statiskais spiediens var samazināties. Ja vietējais spiediens nokrītas zem šķidruma tvaika spiediena, var veidoties tvaika burbuļi.

Nepiemēroti ekspluatācijas apstākļi

Darbība pārāk tālu no ieteicamā darbības diapazona var izraisīt nelabvēlīgus plūsmas modeļus, palielināt hidrauliskos zudumus, plūsmas atdalīšanu un lokālas spiediena svārstības.

Nepietiekami sūkšanas apstākļi

Augsts sūkšanas pacēlums, garš sūkšanas cauruļvads, maza izmēra caurule, daļēji aizvērts vārsts vai bloķēts sietiņš var palielināt sūkšanas zudumus un samazināt spiedienu, kas pieejams sūkņa ieplūdē.

Augsta šķidruma temperatūra

Paaugstinoties šķidruma temperatūrai, tā tvaika spiediens parasti paaugstinās. Tas samazina pieejamo spiediena rezervi pirms tvaika veidošanās.

Nevienmērīgs ieplūdes plūsmas sadalījums

Slikti iesūkšanas cauruļvadu izvietojumi, tuvumā esošie līkumi, pēkšņas caurules diametra izmaiņas vai citi augšupējie traucējumi var radīt nevienmērīgu ātruma profilu. Tas var radīt nelabvēlīgus plūsmas apstākļus lāpstiņriteņa ieejā, pat ja kopējais sūkšanas spiediens šķiet pieņemams.

Izpratne par šiem faktoriem ir būtiska, pirms izlemjat, vai problēmai nepieciešama sistēmas pārveidošana, sūkņa pārprojektēšana vai abu kombinācija.

 

3. Divi svarīgi lāpstiņriteņa konstrukcijas uzlabojumi kavitācijas pretestībai

Darbrata ieplūdes hidrauliskās konstrukcijas uzlabošana var palīdzēt samazināt vietējās plūsmas paātrinājumu un spiediena zudumus. Divi dizaina parametri, kurus ir vērts novērtēt, ir priekšējais apvalka profils un lāpstiņriteņa rumbas diametrs.

3.1 Optimizējiet priekšējā apvalka pagrieziena rādiusu

Priekšējais apvalks, saukts arī par priekšējo pārsega plāksni, ir daļa no lāpstiņriteņa ieplūdes plūsmas kanāla.

Blakus lāpstiņriteņa lāpstiņas priekšējai malai priekšējā apvalka ģeometrija ietekmē to, kā šķidrums griežas un nonāk lāpstiņas ejās. Pēkšņa pāreja vai nepiemērots izliekums var veicināt lokālu paātrinājumu, plūsmas atdalīšanu un nelabvēlīgu spiediena sadalījumu.

Priekšējā apvalka pagrieziena rādiusa optimizēšana var palīdzēt izveidot vienmērīgāku ieplūdes eju.

Iespējamie ieguvumi ietver:

Strauju plūsmas virziena izmaiņu samazināšana.

Šķidruma ātruma sadalījuma uzlabošana lāpstiņas ieplūdes atveres tuvumā.

Vietējo hidraulisko zudumu samazināšana.

Palīdz novērst nelabvēlīgus zema spiediena apgabalus lāpstiņriteņa ieejas tuvumā.

Projektēšanas procesā ir jānovērtē pagrieziena rādiuss kopā ar ieplūdes platumu, lāpstiņas priekšējās malas ģeometriju un kopējo lāpstiņriteņa eju.

Lielāks rādiuss nav automātiski labāks katrā sūknī. Pārmērīgas ģeometriskas izmaiņas var ietekmēt plūsmas kanālu, hidraulisko veiktspēju vai ražošanas iespējamību. Galīgais profils jānosaka, veicot hidrauliskās konstrukcijas aprēķinus, skaitļošanas šķidruma dinamiku (CFD) un atbilstošu veiktspējas pārbaudi.

3.2. Atbilstoši samaziniet lāpstiņriteņa rumbas diametru

Rumba ir lāpstiņriteņa centrālā daļa, kas savienojas ar sūkņa vārpstu un nodod rotācijas jaudu uz lāpstiņriteni.

Projektēšanas stadijā rumbas diametra samazināšana, vienlaikus saglabājot lāpstiņriteņa ieplūdes diametru nemainīgu, var palielināt pieejamo ieplūdes plūsmas laukumu.

Lielāks efektīvais plūsmas laukums var palīdzēt samazināt vidējo ieplūdes ātrumu piemērotos apstākļos, potenciāli uzlabojot spiediena sadalījumu lāpstiņriteņa cilpas tuvumā.

Tomēr rumbas diametrs ir arī cieši saistīts ar mehānisko izturību.

Pirms rumbas ģeometrijas maiņas jāņem vērā šādi faktori:

Vārpstas diametrs un mehāniskā izturība.

Rumbas sienas biezums un konstrukcijas integritāte.

Darbrata materiāls un griešanās ātrums.

Sprieguma koncentrācija ap rumbu un vārpstas savienojumu.

Prasības lāpstiņriteņa piestiprināšanai un montāžai.

Hidrauliskā veiktspēja paredzētajā darbības diapazonā.

Rumbas diametra samazināšana bez atbilstoša konstrukcijas novērtējuma var vājināt lāpstiņriteni vai ietekmēt rotējošā mezgla uzticamību.

Tāpēc šī modifikācija ir jāuzskata par dizaina līmeņa optimizāciju, nevis parastu lauka remontu. Galīgajiem izmēriem jāatbilst gan hidrauliskajām, gan mehāniskajām prasībām.

 

4. NPSH nozīme kavitācijas novēršanā

Darbrata ģeometrija ir tikai viena daļa no kavitācijas novēršanas. Jānovērtē arī saistība starp sistēmas pieejamo neto pozitīvo sūkšanas augstumu un sūkņa nepieciešamo neto pozitīvo sūkšanas augstumu.

NPSH nozīmē neto pozitīvu sūkšanas galvu. To izmanto, lai novērtētu, vai sūkņa iesūknē ir pieejams pietiekams spiediens, lai ierobežotu tvaiku veidošanos.

Ir divi svarīgi parametri:

NPSHa (pieejama neto pozitīva sūkšanas galva):NPSH, ko nodrošina sūknēšanas sistēma faktiskos darbības apstākļos.

NPSHr (nepieciešama neto pozitīva sūkšanas galva):NPSH prasība sūknim pie noteikta plūsmas ātruma un ātruma, kas noteikta, pārbaudot sūkņa veiktspēju.

Galvenais atlases nosacījums ir:

NPSHa > NPSHr

Praktiskajā inženierijā ir jāsaglabā arī atbilstoša drošības rezerve. Nepieciešamā rezerve ir atkarīga no sūkņa konstrukcijas, darbības apstākļiem, piemērojamā standarta un ražotāja ieteikumiem.

NPSHa var samazināt:

Pārmērīgi sūkšanas cauruļvada berzes zudumi.

Augsts sūkšanas pacēlums.

Zems šķidruma līmenis padeves tvertnē.

Augsta šķidruma temperatūra.

Ierobežoti sūkšanas vārsti vai bloķēti filtri.

Nelabvēlīgi sistēmas spiediena apstākļi.

Sūknim var būt labi izstrādāts lāpstiņritenis, taču tajā joprojām var rasties kavitācija, ja pieejamais NPSH nav pietiekams. Tāpēc ir jāņem vērā gan sūkņa puses prasības, gan sistēmas puses nosacījumi.

 

5. Praktiski pasākumi kavitācijas samazināšanai esošajās sūknēšanas sistēmās

Papildus sūkņa hidrauliskās konstrukcijas uzlabošanai vairāki sistēmas līmeņa pielāgojumi var palīdzēt samazināt kavitāciju.

Uzlabojiet sūkšanas cauruļvadu

Izmantojiet atbilstoša izmēra iesūkšanas cauruli, lai izvairītos no pārmērīga plūsmas ātruma un berzes zudumiem. Saglabājiet sūkšanas cauruļvadu pēc iespējas īsu un taisnu, kā arī izvairieties no nevajadzīgiem līkumiem, pēkšņām diametra izmaiņām un ierobežojošiem piederumiem.

Nodrošiniet, lai normālas darbības laikā sūkšanas vārsti būtu pilnībā atvērti un sietiņi vai filtri tiek regulāri pārbaudīti un tīrīti.

Uzturiet adekvātu šķidruma padevi

Pārbaudiet šķidruma līmeni padeves tvertnē un pārbaudiet sūkņa uzstādīšanas augstumu. Ja apstākļi atļauj, sūkšanas pacēluma samazināšana vai statiskā šķidruma līmeņa paaugstināšana var uzlabot NPSHa.

Slēgtām sistēmām pārbaudiet, vai sistēmas spiediens ir piemērots šķidruma temperatūrai un darbības prasībām.

Darbojieties ieteicamā darbības diapazona tuvumā

Pārbaudiet faktisko plūsmas ātrumu, salīdzinot ar ražotāja sūkņa veiktspējas līkni.

Izvairieties no ilgstošas ​​darbības ar pārāk zemu vai lielu plūsmas ātrumu, kur var veidoties hidrauliskā nestabilitāte. Izvēlieties sūkni, kura labākais efektivitātes punkts un pieļaujamais darbības diapazons atbilst paredzamajam sistēmas darbam.

Uzraudzīt temperatūru un šķidruma apstākļus

Karstiem šķidrumiem novērtējiet to tvaika spiedienu faktiskajā darba temperatūrā. Šķidruma temperatūras, sastāva, viskozitātes vai gāzes satura izmaiņas var ietekmēt sūkšanas veiktspēju.

Sūkņa NPSH prasība ir jānovērtē attiecībā uz faktiskajiem šķidruma un darbības apstākļiem, nevis jāpaļaujas tikai uz ūdens bāzes datiem.

Pārbaudiet lāpstiņriteņus un iekšējās plūsmas ejas

Plānotās apkopes laikā pārbaudiet lāpstiņriteņa lāpstiņas priekšējās malas, apvalkus un citas samitrinātas virsmas, vai tām nav iedobumu, erozijas, korozijas un nosēdumu.

Ja tiek konstatēti bojājumi, pirms remonta metodes izvēles noskaidrojiet, vai tas ir saistīts ar kavitāciju, abrazīvu nodilumu, koroziju vai citu mehānismu.

 

6. Kā izvēlēties sadalītu korpusa sūkni ar labāku kavitācijas pretestību

Sūkņa izvēle ar piemērotiem sūkšanas parametriem ir īpaši svarīga lielas plūsmas ūdens apgādei, dzesēšanas ūdens cirkulācijai, apūdeņošanai un rūpnieciskiem procesiem.

Pirms dubultā sūkšanas sadalīta korpusa sūkņa izvēles inženieriem ir jāizvērtē šāda informācija:

Atlases faktors	Informācija, kas jāapstiprina
Plūsmas ātrums	Normāla, minimālā un maksimālā darba plūsma
Pilnīga dinamiska galva	Nepieciešamā galva faktiskos sistēmas apstākļos
Šķidruma īpašības	Tips, temperatūra, blīvums, viskozitāte un tvaika spiediens
Sūkšanas nosacījumi	Padeves tvertnes līmenis, spiediens, sūkšanas pacēlums un cauruļvada zudumi
NPSH	Pieejamais NPSHa un sūknim nepieciešams NPSHr
Sūkņa ātrums	Motora ātrums un paredzamie darbības apstākļi
Uzstādīšana	Pamats, cauruļu izvietojums un ieplūdes plūsmas apstākļi
Materiāli	Izturība pret koroziju un piemērotība sūknējamajam šķidrumam

Sūknis jānovērtē, izmantojot visas tā veiktspējas līknes, tostarp plūsmu, augstumu, efektivitāti, jaudu un NPSHr.

Lietojumiem ar ierobežotu sūkšanas spiedienu vai prasīgiem ieplūdes apstākļiem sūknis ar piemērotiem zema NPSH hidrauliskajiem parametriem var būt piemērotāks, nekā vienkārši izvēlēties lielāku motoru vai jaudīgāku modeli.

 

Secinājums

Kavitāciju dubultās sūkšanas dalītā korpusa sūkņos ietekmē gan sūknēšanas sistēma, gan iekšējā hidrauliskā konstrukcija. Nepietiekams NPSH, pārmērīgs ieplūdes ātrums, nelabvēlīgs plūsmas sadalījums un nepiemēroti darbības apstākļi var veicināt tā attīstību.

Projektēšanas līmenī priekšējā apvalka pagrieziena rādiusa optimizēšana un lāpstiņriteņa rumbas diametra atbilstoša samazināšana var palīdzēt uzlabot ieplūdes plūsmas apstākļus. Tomēr šīs modifikācijas ir jānovērtē kopā ar lāpstiņriteņa izturību, vārpstas konstrukciju, hidraulisko veiktspēju un ražošanas prasībām.

Esošajām iekārtām vienlīdz svarīgi ir uzlabot sūkšanas cauruļvada apstākļus, uzturēt pietiekamu šķidruma padevi, darboties ieteiktajā diapazonā un uzraudzīt NPSH.

Sistemātiska pieeja, kas apvieno pareizu hidraulisko dizainu, precīzu sūkņa izvēli un pareizu sistēmas darbību, var palīdzēt samazināt kavitācijas bojājumus un uzlabot rūpniecisko centrbēdzes sūkņu ilgtermiņa uzticamību.