Как и зачем предотвращать кавитацию в трубопроводных системах

Кавитация — горячая тема для инженеров, специалистов по техническому обслуживанию и всех, кто работает с насосными системами, и на это есть веские причины. Это состояние имеет сложные и трудно поддающиеся выявлению причины, а его последствия могут иметь разрушительные последствия для оборудования, целостности системы и работы в целом.

Предотвращение кавитации — это задача всей команды, когда речь идет о системах, работающих с центробежными насосами. Все начинается с проектирования системы и расчетов чистой положительной высоты всасывания (NPSH) еще до того, как система будет построена. Выбор насоса, температура жидкости и включение защитных компонентов — все это факторы, которые могут защитить от кавитации в системе.

С точки зрения стороннего наблюдателя, кавитацию часто можно обнаружить, просто прислушавшись к системе. Это может звучать так, будто жидкость в системе кипит. Быстрые повторяющиеся звуки лопающихся пузырьков — верный признак того, что с вашей системой трубопроводов что-то не так. Некоторые слушатели описывают кавитацию как звук кофейных зерен или гравия в системе.

Но что на самом деле происходит внутри системы, вызывая этот шум? Кавитация – это быстрое образование и взрыв паровых карманов внутри перекачиваемой жидкости. Взрывы создают ударные волны, которые проходят через жидкость и повреждают оборудование.

Процесс кавитации может нанести ущерб чувствительным и сложным компонентам трубопроводных систем. Крыльчатки насосов, корпус, трубопроводы и другое оборудование могут подвергаться точечной коррозии, эрозии или другим повреждениям, которые препятствуют правильному функционированию этих компонентов. Это повреждение также может сократить срок службы отдельных компонентов системы и системы в целом.

В некоторых системах кавитация гораздо более вероятна, чем в других. Системы, перекачивающие жидкости, а не суспензии, подвергаются более высокому риску кавитации. Более жидкие системные жидкости, такие как вода, также повышают вероятность возникновения кавитации в системах. Применения с жидкостями, перекачиваемыми при более высоких температурах, также должны принимать дополнительные меры, чтобы избежать кавитации.

Чтобы понять кавитацию, проще всего начать с одной из самых основных концепций приготовления пищи: кипячения воды. Когда мы кипятим воду на кухне, все дело в тепле. Воду необходимо нагреть до 212 F (100 C), чтобы она закипела.

Но нагрев до такой температуры — не единственный способ вызвать быстрое испарение, которое мы называем кипением. Хотя температура кипения обычно используется при приготовлении пищи, температура кипения составляет 212 F, с научной точки зрения точка кипения — это температура, при которой давление паров жидкости равно давлению вокруг жидкости.

Независимо от того, находится ли у плиты домашний повар или профессиональный повар, маловероятно, что давление пара жидкости будет регулироваться на кухне. Вот почему метрика 212 F используется относительно повсеместно (хотя кухни, расположенные на очень большой высоте, подвержены влиянию изменения давления воды и могут использовать разные точки кипения).

В промышленных системах давление жидкости меняется на всех этапах процесса перекачки. Чаще всего жидкость испытывает большие перепады давления внутри насоса. Когда жидкость всасывается, она быстро оказывается под давлением, а затем испытывает значительное падение давления при выходе из рабочего колеса и движении к выпускному отверстию насоса. Это быстро меняющееся давление может повлиять на температуру кипения жидкости и создать идеальную среду для возникновения кавитации.

Одним из важных нюансов кавитации является тот факт, что паровые карманы фактически взрываются во время процесса. Эти взрывы вызывают сильные ударные волны через перекачиваемую жидкость, которые могут привести к повреждению компонентов системы. Эти ударные волны могут разрушить или вызвать образование кратеров в рабочих колесах или корпусах насосов, а также в трубопроводах или любой другой части системы.

Хотя выпускная секция насоса является наиболее распространенным местом возникновения кавитации, она технически возможна в любой части системы с большим перепадом давления. Поскольку в системах часто имеется множество областей очень быстрого движения жидкости, кавитация может стать проблемой во многих частях системы.