Центробежные насосы и насосные агрегаты на их основе являются наиболее распространенным типом оборудования, которое используется для перекачивания жидкостей с различной степенью химической активности. Такие устройства востребованы не только во всех отраслях тяжелой и легкой промышленности, но и широко используются в бытовом секторе.
Срок службы лопастных насосов при соблюдении правил эксплуатации варьируется от 20 до 30 лет. Однако практика показала, что период работы агрегата без проведения капитального ремонта может быть значительно меньше. Одной из причин преждевременного износа насосов является кавитация.
Что такое кавитация
Кавитация в центробежных насосах возникает, когда давление жидкости со стороны всасывающего патрубка сравнивается или становится ниже давления ее насыщенных паров. Из-за нарушения термодинамического баланса между ними перекачиваемая среда просто «закипает» и в ней образуется огромное количество каверн (пустот), заполненных паром или газами, которые выделились из жидкости. Под воздействием центробежной силы такая вспененная субстанция направляется в зону нагнетания насоса, в которой давление среды значительно превышает атмосферное. В результате этого пузырьки мгновенно разрушаются с выделением тепла и множественных гидравлических ударов большой мощности.
Кавитация в насосах причины
Такое крайне нежелательное явление приводит не только к снижению номинального напора и производительности насоса, но и к эрозионному разрушению рабочих колес, вала и внутренней поверхности корпуса. Кроме того, работа агрегата сопровождается повышенной вибрацией и шумом.
Возникновение кавитации может быть обусловлено:
•установкой насоса на большей, чем требуется, высоте от поверхности перекачиваемой жидкости;
•повышенным гидравлическим сопротивлением во всасывающем трубопроводе, вызванным его большой протяженностью или неоправданно малым диаметром;
•пониженным атмосферным давлением на поверхности перекачиваемой среды;
•высокой температурой жидкости;
•нарушением герметичности соединений сегментов всасывающего трубопровода, в результате чего в систему постоянно подсасывается воздух.
Борьба с кавитацией
Чтобы защитить насосные агрегаты от воздействия разрушающих процессов, вызванных кавитацией достаточно:
•опустить насос ближе к поверхности перекачиваемой жидкости, тем самым повысить давление во всасывающем патрубке;
•увеличить диаметр и минимизировать длину всасывающего трубопровода;
•максимально снизить сопротивление на всасывающем трубопроводе, исключив, по возможности, его изгибы под прямым углом, а также установку обратных клапанов и фильтров различной конструкции;
•снизить скорость вращения вала насоса (применяется, когда небольшое уменьшение напора и производительности не критично).
Одним из условий работы насоса без кавитации является правильный расчет высоты его установки относительно поверхности перекачиваемой жидкости. В паспорте или «Руководстве по эксплуатации насосного агрегата» указываются его напорные характеристики. В том числе приводится допустимый кавитационный запас насоса. Это значение обозначается Δhдоп или NPSHr и выражается в метрах водяного столба.
Данная характеристика показывает способность насоса удерживать во всасывающем трубопроводе столб жидкости определенной высоты (в данном случае 4,3 м) при соблюдении параметров в рабочей точке. Другими словами, если ось рабочего колеса насоса будет находиться от зеркала воды или другой перекачиваемой среды на высоте более допустимого значения, вычисленного по графику его напорных характеристик, то агрегат просто не сможет работать. Следует помнить, что в некоторых источниках параметр NPSHr может называться требуемым кавитационным запасом.
Однако насос не существует сам по себе, а находится во взаимодействии с системой трубопроводов и запорной арматуры, которая тоже имеет свой допустимый кавитационный запас, обозначаемый NPSHa и вычисляемый по формуле:
, в которой
Pa – атмосферное давление, выраженное в Паскалях;
Hs–высота от оси вала насоса до зеркала перекачиваемой жидкости (значение может быть отрицательным, если насос расположен ниже уровня жидкости);
Для расчета могут использоваться и другие формулы. Главное, чтобы величина NPSHa превышала допустимый кавитационный запас насоса. Это условие долговечной работы агрегата и всей системы.