Кавитация - опасный враг для насоса

Автор: Robert J. Hart, P.E.
Источник:
http://pump-magazine.com/pump_magazine/pump_articles/article_15/article_15.htm

Условие "требуемая высота всасывания (NPSH-R)" применяется для всех насосов. Это условие, недооценивают те, кто проектирует трубопроводные системы и выбирают насосы. В результате, несколько насосов работают при различной степени кавитации, которая является основной причиной расходов на техобслуживание этих агрегатов. Кавитация, в худшем случае звучит как гравий, проходящий через насос. Повреждение уплотнений, подшипников и лопастей обычно происходит еще до того, как человечек услышит шум вызванный кавитацией.

Значения требуемой высоты всасывания опубликованы в обобщенных кривых производительности, которые являются значениями, которые устанавливают насос в контролируемую, но тяжелую кавитацию. Требуемая высота всасывания определяется как высота для насоса с заданной скоростью потока, который вызывает кавитацию и снижает полный скоростной напор (TDH) на 3%. Это общепринятая процедура при диагностировании насоса, для того, чтобы косвенно измерить потери давления внутри насоса перед увеличением жидкостного давления.

Измерение производится при перекачивании воды с минимальной турбулентностью входного потока (т. е. без замкнутых соединений, двойных патрубков), без поглощенного газа и зачастую с водой, которая не содержит газ. Эти факторы будут увеличивать значение требуемой высоты всасывания, полученную в ходе испытаний. Хотя это может показаться идельной системой и нерельным для реальных условий эксплуатации, это единственный метод, который может обеспечить воспроизводимые резултаты тестирования. Для предотвращения образования пара на входе рабочего колеса пользователь должен установить передел между общим давлением жидкости на входе и давлением пара, превышающим этот показатель.

Несмотря на то, что на рисунке 1 показаны типичные опубликованные некавитирующие кривые TDH и кривая NPSH-Required на том же графике, следует понимать NPSH-R значения, применяемые к насосу, уменьшат полный скоростной напор, производимый насосом, на 3% при любом расходе. В то время как гидравлические потери из-за уменьшения TDH обычно не значительны, возникающий кавитационный удар по оборудованию может уменьшить механический срок службы уплотнений, подшипников и рабочих колес.

Рисунок 1 – Опубликованная обобщенная кривая производительности по сравнению с TDH с NPSH-A / NPSH-R = 1,0

Допустимая высота всасывания насоса (NPSH-A)

Производитель ожидает, что человек, который использует насос будет опираться на публикуемое значение допустимой высоты всасывания. Разница между значением допустимой высотой всасывания и требуемой высотой всасывания должна быть надлежаще оценена специалистом при выборе насоса и проектировании трубопроводов. Системы, которые перекачивают жидкости при их равновесном состоянии, т. е. готовы к вспышке с повышением температуры или понижением давления, требуют особого рассмотрения при выборе насоса и проектировании системы. Высота всасывания насоса в таких системах обычно может быть значительно увеличена только за счет:

• увеличение высоты резервуара подачи над насосом;
• опускание насоса относительно сосуда подачи;
• обеспечение вспомогательным насосом;
• охлаждение жидкости для уменьшения характеристики давления пара.

Меры предосторожности по применению насоса

В качестве ориентира NPSH-R должен превышать NPSH-A минимум на 5 футов или быть равен 1,35 NPSH-R, в зависимости от того, какой показатель больше. В качестве примера NPSH-R должен быть 20 метров, в то время как NPSH-A должен быть минимум 27 метров. Это считается минимальным допустимым пределом, и даже тогда может наблюдаться некоторая степень механического и эрозионного ущерба. Увеличение этой разницы позволит повысить надежность и приемлемый рабочий диапазон насоса. Чтобы исключить кавитацию, которая влияет на полный скоростной напор, допустимая высота всасывания должна быть от двух до пяти частей NPSH-R в зависимости от рабочего расхода относительно скорости потока максимальной эффективности насоса как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Механический ущерб требует минимального времени (от нескольких часов до нескольких недель). Урон от эрозии требует более длительного времени (от нескольких дней до нескольких месяцев)

Насосы, которые работают с отношением NPSH-A / NPSH-R выше коэффициента 1,35, но ниже параметра 2X-5X, могут считаться «приемлемым» (но не оптимальным) уплотнением и долговечностью; однако они могут быть подвержены эрозионному повреждению лопастей, что потребует более частой замены рабочего колеса, чем если бы кавитация была полностью устранена.

Любой, кто проектирует насосные системы, разработанные с этими минимальными рекомендуемыми пределами, должен рассмотреть возможность тестирования поставляемого оборудования, чтобы убедиться в том, что оно соответствует опубликованным данным. При заказе насосов следует учитывать следующую информацию:

• Большинство изготовителей не проводят гидравлических испытаний насосов;
• Первое испытание конкретного насоса может привести к более высоким значениям NPSH-R и TDH, чем указано в публикуемых данных, в связи с вариациями литья корпуса и лопастей. Чтобы исправить это условие, изготовителю, возможно, придется уменьшить управляющие поверхности лопастей и корпуса, чтобы уменьшить требуемый NPSH, и уменьшить диаметр рабочего колеса, чтобы уменьшить значения TDH в пределах допустимых норм. После внесения таких изменений насос повторно тестируется, чтобы подтвердить результат исследований.
• Процедуры тестирования, проводимые большинством изготовителей (по стандарту гидравлического института), обычно дают минимальную информацию, которая не достаточна для большинства особенно важных служб, особенно в том, что касается испытаний, необходимых для NPSH. Рекомендуемые процедуры тестирования, критика предлагаемых процедур испытаний и / или наблюдение за критическими испытаниями оборудования могут быть предоставлены по запросам.

В современных условиях бизнеса инвестиции в предприятия должны получать максимальную отдачу. Желательно, чтобы те, кто принимает решения о новых насосных системах или устранении неполадок существующих систем, прислушивались к этой информации. Помощь на эту тему может быть предоставлена по запросу.