La cavitazione è la formazione e il successivo collasso di un vapore all'interno di un liquido. La cavitazione si verifica nelle pompe centrifughe e può causare gravi danni e interrompere le operazioni. Il danno deriva dal collasso delle bolle e dallo scarico di energia. La gravità del danno dipende dal liquido pompato e dalla temperatura. Ad esempio, la cavitazione dell'acqua causa più danni della cavitazione dell'olio e la cavitazione dell'acqua fredda causa più danni della cavitazione dell'acqua calda. Esistono due tipi di cavitazione:Cavitazione classica E Cavitazione di ricircolo.
Illustrazione della formazione e del collasso di bolle di vapore mentre il liquido si muove attraverso la girante della pompa.
Cavitazione classica
La cavitazione classica si verifica quando il liquido all'ingresso della girante (occhio di aspirazione) è così basso che parte del liquido vaporizza prima di entrare nella pompa, formando bolle di vapore. Quando le bolle di vapore si spostano nei passaggi della girante e, infine, nella voluta, la pressione aumenta e le bolle collassano. La causa della cavitazione classica è la bassa pressione di aspirazione data la temperatura di aspirazione e la portata attraverso la pompa.
- Se la fonte del liquido per la pompa è un serbatoio, talvolta un livello basso nel serbatoio può causare una bassa pressione di aspirazione e quindi causare cavitazione.
- Le condizioni operative devono essere analizzate per scoprire altre cause della bassa pressione di aspirazione. Queste possono includere valvole parzialmente chiuse, filtri o filtri intasati o altri problemi operativi a monte della pompa.
- Tieni presente che la temperatura di aspirazione determina la pressione di vapore di un fluido. Man mano che la temperatura aumenta, le bolle di vapore si formano più facilmente a una data pressione e potrebbero essere necessarie pressioni più elevate all'occhio di aspirazione per prevenire la cavitazione.
- Con l'aumentare della portata attraverso una pompa, aumenta anche la pressione richiesta per prevenire la cavitazione all'occhio di aspirazione. Questa pressione è chiamata Net Positive Suction Head Available (NPSHA). La NSPHA deve essere superiore alla Net Positive Suction Head Required (NPSH3, o precedentemente nota come NPSHR) del produttore. Poiché la NPSH3 è dinamica e cambia con la portata, può essere generalmente trovata tracciata insieme alla curva idraulica della pompa per la Total Developed Head (TDH).
Un esempio di curve idrauliche. La linea superiore mostra il TDH. L'NPSH3 è la linea inferiore. Il "NPSH3 più margine minimo" illustra l'NPSHA minimo desiderato, considerando che la pompa sarebbe già in cavitazione quando l'NPSHA attraversa l'NPSH3.
Esempio classico di cavitazione
Fare riferimento all'illustrazione idraulica sopra quando si visualizza questo esempio. Supponiamo che una pompa funzioni a BEP, generando 50 gpm di flusso e che la pressione all'occhio di aspirazione sia leggermente superiore alla pressione richiesta per prevenire la cavitazione. Ciò determina un punto sulla curva NPSHA direttamente sotto il cursore BEP illustrato sopra. A questo punto, l'NPSHA è maggiore dell'NPSH3 e la cavitazione non si verifica. Quindi, il flusso della pompa viene aumentato a 75 gpm, con conseguente portata vicina alla fine della curva idraulica (a destra). Anche se la pressione all'indicatore di aspirazione rimane costante, l'NPSHA diminuisce a causa delle pressioni dinamiche all'interno della pompa, causando la caduta dell'NPSHA al di sotto dell'NPSH3 e con conseguente cavitazione. Per evitare ciò, aumentare la pressione di aspirazione della pompa, abbassare la temperatura all'aspirazione o diminuire la portata.
Cavitazione di ricircolo
La cavitazione di ricircolo si verifica perché la portata attraverso la pompa non è ideale per il funzionamento della pompa. La portata è troppo alta o troppo bassa. L'aumento delle pressioni del sistema non risolverà la cavitazione di ricircolo. L'unica soluzione è far funzionare la pompa all'interno della regione operativa consentita (AOR). Per la migliore affidabilità della pompa, la pompa deve essere azionata all'interno della regione operativa preferita (POR), che ottimizza l'efficienza energetica, riduce al minimo le vibrazioni e riduce al minimo i danni alla pompa dovuti alle condizioni idrauliche della pompa.
La cavitazione di ricircolo può essere ulteriormente suddivisa in cavitazione di ricircolo di aspirazione e cavitazione di ricircolo di scarico, ma i danni che causano e le soluzioni per risolverli sono simili. In entrambi i casi, le inversioni di flusso all'aspirazione o allo scarico della girante creano vortici all'interno dei passaggi della girante, creando punti locali di bassa pressione nel fluido che causano cavitazione.
L'AOR è definito dal produttore della pompa e dovrebbe essere fornito dall'OEM per qualsiasi acquisto. L'AOR è definito da un limite di flusso superiore e da un limite di flusso inferiore. Il limite di flusso superiore è solitamente la fine della curva della pompa (il lato destro della curva, la portata più alta disegnata sulla curva). Tuttavia, in alcuni casi questo può essere esteso oltre, o limitato a, valori inferiori alla fine della curva. Il limite inferiore dell'AOR è anche chiamato flusso minimo continuo stabile (MCSF). Il funzionamento al di sotto dell'MCSF è la causa più frequente di cavitazione di ricircolo e può causare tempi di guasto brevi se viene gravemente violato.
Il POR ha anche un limite di portata superiore e un limite di portata inferiore, ma non è sempre incluso dall'OEM della pompa al momento dell'acquisto. Di solito, l'OEM può condividere queste informazioni su richiesta, oppure puoi provare a calcolarle tu stesso. Per la maggior parte delle pompe centrifughe che funzionano a una velocità di pompaggio, portata e prevalenza ragionevoli, il limite POR inferiore è il 70% della portata BEP. Il limite POR superiore è il 120% della portata BEP. Per i progetti di pompe con velocità dell'albero più elevate o portate elevate con un TDH relativamente basso, la regione può essere limitata all'80%-120% o all'85%-115% della portata BEP. Nei progetti di pompe più restrittivi, con velocità dell'albero molto elevate o con una combinazione di portate molto elevate con un TDH molto basso, la regione può essere limitata al 90%-110% della portata BEP.
Pensi che sia troppo? Sentiti libero di chiedere assistenza a un Augury Reliability Service Manager e ti aiuteremo a determinare le portate appropriate per garantire una buona affidabilità della pompa.
P.S.
La cavitazione è diversa dalle bolle di aria o gas naturalmente presenti in un fluido. Ad esempio, se il livello di un serbatoio viene abbassato molto senza prevenzione dei vortici, nel serbatoio possono formarsi dei vortici che aspirano aria o gas nel fluido. Il fluido può trasportare quei gas nella pompa causando fluttuazioni di flusso e pressione. Ciò può danneggiare la pompa o i cuscinetti. Tuttavia, questo tipo di problema non è cavitazione.
La cavitazione suona come il pompaggio di ghiaia. Il rumore della ghiaia è in realtà lo "schiocco" delle bolle di cavitazione mentre implodono.
Non tutta la cavitazione è negativa e alcune pompe sono progettate per funzionare con la cavitazione. Tuttavia, queste sono rare e, a meno che tu non sappia che le tue pompe sono progettate per questo, la cavitazione dovrebbe essere evitata.
