קאוויטציה היא היווצרות והתמוטטות של אדים בתוך נוזל. קוויטציה מתרחשת במשאבות צנטריפוגליות ועלולה לגרום לנזק חמור ולשבש פעולות. הנזק נובע מקריסת בועות ופריקת אנרגיה. חומרת הנזק תלויה בנוזל הנשאב וכן בטמפרטורה. לדוגמה, קוויטציה במים גורמת לנזק רב יותר מקוויטציה בשמן, וקוויטציה במים קרים גורמת לנזק רב יותר מאשר בחילופי מים חמים. ישנם שני סוגים של קוויטציה: Cavitation קלאסי ו Recirculation Cavitation.
איור של היווצרות וקריסה של בועות אדים כאשר הנוזל עובר דרך אימפלר המשאבה.
Cavitation קלאסי
Cavitation קלאסי מתרחש כאשר הנוזל בכניסת האימפלר (עין היניקה) כל כך נמוך עד שחלק מהנוזל מתאדה לפני שהוא נכנס למשאבה, ויוצרות בועות אדים. כאשר בועות האדים נעות לתוך מעברי האימפלר, ובסופו של דבר הוולוט, הלחץ עולה והבועות קורסות. הסיבה לקוויטציה קלאסית היא לחץ יניקה נמוך בהתחשב בטמפרטורת היניקה וקצב הזרימה דרך המשאבה.
- אם מיכל הוא מקור הנוזל למשאבה, לפעמים מפלס מיכל נמוך עלול לגרום ללחץ יניקה נמוך, ולכן לגרום לקוויטציה.
- יש לנתח את תנאי ההפעלה כדי לגלות סיבות אחרות ללחץ יניקה נמוך. אלה עשויים לכלול שסתומים סגורים חלקית, מסננים או מסננים סתומים, או בעיות תפעוליות אחרות במעלה הזרם של המשאבה.
- זכור שטמפרטורת היניקה מכתיבה את לחץ האדים של נוזל. ככל שהטמפרטורה עולה, בועות האדים נוצרות ביתר קלות בלחץ נתון, וייתכן שיידרשו לחצים גבוהים יותר בעין היניקה כדי למנוע קוויטציה.
- ככל שקצב הזרימה דרך המשאבה עולה, הלחץ הנדרש למניעת קוויטציה בעין היניקה עולה גם הוא. לחץ זה נקרא ראש יניקה נטו חיובי (NPSHA). NSPHA חייב להיות גבוה מ-Net Positive Suction Head Required של היצרן (NPSH3, או שנקרא בעבר NPSHR). מכיוון ש-NPSH3 הוא דינמי ומשתנה עם קצב הזרימה, ניתן למצוא אותו בדרך כלל לצד העקומה ההידראולית של המשאבה עבור Total Developed Head (TDH).
דוגמה לעיקולים הידראוליים. השורה העליונה מציגה את ה-TDH. ה-NPSH3 הוא השורה התחתונה. "NPSH3 פלוס מרווח מינימלי" ממחיש את ה-NPSHA המינימלי הרצוי, בהתחשב בכך שהמשאבה כבר תעשה קוויטציה כאשר NPSHA חוצה את NPSH3.
דוגמה קלאסית לקאוויטציה
עיין באיור ההידראולי שלמעלה בעת הצגת דוגמה זו. נניח שמשאבה פועלת ב-BEP, מייצרת זרימה של 50 גר"מ, והלחץ בעין היניקה מעט גבוה מהלחץ הנדרש למניעת קוויטציה. זה גורם לנקודה על עקומת ה-NPSHA ישירות מתחת ל-BEP caret המודגם לעיל. בשלב זה, ה-NPSHA גדול יותר מה-NPSH3 והקאוויטציה אינה מתרחשת. לאחר מכן, זרימת המשאבה מוגברת ל-75 gpm, וכתוצאה מכך קצב זרימה קרוב לקצה העקומה ההידראולית (בצד ימין). גם אם הלחץ במד היניקה נשאר קבוע, ה-NPSHA יורד עקב לחצים דינמיים בתוך המשאבה, מה שגורם ל-NPSHA לרדת מתחת ל-NPSH3 וכתוצאה מכך לקוויטציה. כדי למנוע זאת, העלו את לחץ היניקה של המשאבה, הורידו את הטמפרטורה בשאיבה או הקטינו את קצב הזרימה.
Recirculation Cavitation
Circulation Cavitation מתרחש מכיוון שקצב הזרימה דרך המשאבה אינו אידיאלי לפעולת המשאבה. הזרימה גבוהה מדי או נמוכה מדי. העלאת הלחצים במערכת לא תפתור את החזרת הסירקולציה. הפתרון היחיד הוא להפעיל את המשאבה בתוך אזור ההפעלה המותר (AOR). לאמינות המשאבה הטובה ביותר, יש להפעיל את המשאבה בתוך אזור ההפעלה המועדף (POR) אשר מייעל את יעילות האנרגיה, ממזער רעידות וממזער נזק למשאבה עקב תנאים הידראוליים של המשאבה.
ניתן לחלק עוד יותר את ה-Recirculation Cavitation ל-Suction Recirculation Cavitation ו- Discharge Recirculation Cavitation, אך הנזק שהם גורמים והפתרונות לפתרונם דומים. בכל מקרה, היפוכי זרימה ביניקת האימפלר או הפריקה יוצרים מערבולות בתוך מעברי האימפלר, ויוצרים כתמים מקומיים בלחץ נמוך בנוזל הגורמים לקוויטציה.
ה-AOR מוגדר על ידי יצרן המשאבה ויש לספק אותו על ידי ה-OEM בכל רכישה. ה-AOR מוגדר על ידי גבול זרימה עליון וגבול זרימה תחתון. גבול הזרימה העליון הוא בדרך כלל הקצה של עקומת המשאבה (הצד הימני של העקומה, קצב הזרימה הגבוה ביותר שצויר על העקומה). עם זאת, במקרים מסוימים ניתן להרחיב את זה מעבר, או להגביל, לערכים הנמוכים מסוף העקומה. הגבול התחתון של ה-AOR נקרא גם ה-Minimal Continuous Stable Flow (MCSF). פעולה מתחת ל-MCSF היא הגורם השכיח ביותר ל-recirculation cavitation ויכול לגרום לזמן קצר עד לכישלון אם הוא מופר באופן חמור.
ל-POR יש גם גבול זרימה עליון וגבול זרימה תחתון, אך לא תמיד נכלל ב-OEM של המשאבה בעת רכישתו. בדרך כלל, ה-OEM יכול לשתף מידע זה על פי בקשה, או שאתה יכול לנסות לחשב אותו בעצמך. עבור רוב המשאבות הצנטריפוגליות הפועלות במהירות שאיבה, זרימה וראש סבירים, גבול ה-POR התחתון הוא 70% מקצב הזרימה של BEP. גבול ה-POR העליון הוא 120% מקצב הזרימה של BEP. עבור תכנון משאבות עם מהירויות פיר גבוהות יותר, או זרימות גבוהות עם TDH נמוך יחסית, האזור עשוי להיות מוגבל ל-80%-120% או 85%-115% מקצב הזרימה של BEP. תחת תכנוני המשאבה המגבילים ביותר, עם מהירויות פיר גבוהות מאוד, או עם שילוב של ספירות גבוהות מאוד עם מעט מאוד TDH, האזור עשוי להיות מוגבל ל-90%-110% מקצב הזרימה של BEP.
חושבים שזה יותר מדי? אל תהסס לבקש סיוע ממנהל שירות מהימנות של Augury ואנחנו יכולים לעזור לך לקבוע את קצבי הזרימה הנכונים כדי להבטיח אמינות טובה של המשאבה.
פ.ס.
קוויטציה שונה מזו של בועות אוויר או גז נלקחות באופן טבעי בנוזל. לדוגמה, אם מפלס מיכל נמשך נמוך מאוד ללא מניעת מערבולת, אזי מערבולות יכולות להיווצר במיכל ולמשוך אוויר או גז לתוך הנוזל. הנוזל יכול לשאת את הגזים האלה לתוך המשאבה ולגרום לתנודות זרימה ולחץ. אלה עלולים לגרום נזק למשאבה או למיסבים. עם זאת, סוג זה של בעיה אינו cavitation.
קוויטציה נשמעת כמו שאיבת חצץ. רעש החצץ הוא למעשה ה"פופ" של בועות הקוויטציה כשהן מתפוצצות.
לא כל קוויטציה רעה, וכמה משאבות מיועדות לפעול עם קאוויטציה. עם זאת, אלה הם נדירים, אלא אם כן אתה יודע שהמשאבות שלך מיועדות לעשות זאת, יש להימנע מקוויטציה.
