Cavitatie is de vorming en daaropvolgende ineenstorting van een damp in een vloeistof. Cavitatie treedt op in centrifugaalpompen en kan ernstige schade veroorzaken en de werking verstoren. De schade is het gevolg van het instorten van bellen en het ontladen van energie. De ernst van de schade is afhankelijk van de vloeistof die wordt gepompt en de temperatuur. Watercavitatie veroorzaakt bijvoorbeeld meer schade dan oliecavitatie, en koudwatercavitatie veroorzaakt meer schade dan warmwatercavitatie. Er zijn twee soorten cavitatie:Klassieke cavitatie En Recirculatie Cavitatie.
Illustratie van de vorming en ineenstorting van dampbellen terwijl vloeistof door de pompwaaier beweegt.
Klassieke cavitatie
Klassieke cavitatie treedt op wanneer de vloeistof bij de inlaat van de waaier (zuigoog) zo laag is dat een deel van de vloeistof verdampt voordat het de pomp binnenkomt, waardoor dampbellen ontstaan. Terwijl de dampbellen in de waaierdoorgangen en uiteindelijk het slakkenhuis terechtkomen, neemt de druk toe en storten de bellen in. De oorzaak van klassieke cavitatie is een lage zuigdruk gezien de zuigtemperatuur en het debiet door de pomp.
- Als een tank de vloeistofbron voor de pomp is, kan een laag tankniveau soms een lage zuigdruk en dus cavitatie veroorzaken.
- Bedrijfsomstandigheden moeten worden geanalyseerd om andere oorzaken voor lage zuigdruk te ontdekken. Dit kunnen gedeeltelijk gesloten kleppen, verstopte filters of zeven of andere operationele problemen stroomopwaarts van de pomp zijn.
- Houd er rekening mee dat de zuigtemperatuur de dampdruk van een vloeistof bepaalt. Naarmate de temperatuur stijgt, vormen de dampbellen zich gemakkelijker bij een bepaalde druk en kunnen hogere drukken nodig zijn bij het zuigoog om cavitatie te voorkomen.
- Naarmate de stroomsnelheid door een pomp toeneemt, neemt ook de druk toe die nodig is om cavitatie bij het zuigoog te voorkomen. Deze druk wordt de Net Positive Suction Head Available (NPSHA) genoemd. De NSPHA moet hoger zijn dan de Net Positive Suction Head Required (NPSH3, of voorheen bekend als NPSHR) van de fabrikant. Omdat NPSH3 dynamisch is en verandert met de stroomsnelheid, kan deze over het algemeen worden gevonden naast de hydraulische curve van de pomp voor Total Developed Head (TDH).
Een voorbeeld van hydraulische curven. De bovenste lijn toont de TDH. De NPSH3 is de onderste lijn. De “NPSH3 plus minimale marge” illustreert de gewenste minimale NPSHA, ervan uitgaande dat de pomp al cavitatie zou vertonen wanneer NPSHA NPSH3 kruist.
Klassiek cavitatievoorbeeld
Raadpleeg de hydraulische illustratie hierboven bij het visualiseren van dit voorbeeld. Stel dat een pomp werkt op BEP, 50 gpm aan stroming genereert en de druk bij het zuigoog iets hoger is dan de druk die nodig is om cavitatie te voorkomen. Dit resulteert in een punt op de NPSHA-curve direct onder het BEP-curveteken hierboven afgebeeld. Op dit punt is de NPSHA groter dan de NPSH3 en vindt er geen cavitatie plaats. Vervolgens wordt de pompstroom verhoogd tot 75 gpm, wat resulteert in een stroomsnelheid nabij het einde van de hydraulische curve (rechts). Zelfs als de druk bij de zuigmeter constant blijft, daalt de NPSHA als gevolg van dynamische druk in de pomp, waardoor de NPSHA onder de NPSH3 daalt en cavitatie ontstaat. Om dit te voorkomen, verhoogt u de zuigdruk van de pomp, verlaagt u de temperatuur bij de aanzuiging of verlaagt u de stroomsnelheid.
Recirculatie Cavitatie
Recirculatiecavitatie treedt op omdat de stroomsnelheid door de pomp niet ideaal is voor de werking van de pomp. De stroom is te hoog of te laag. Het verhogen van de systeemdruk lost recirculatiecavitatie niet op. De enige oplossing is om de pomp binnen de toegestane bedrijfsregio (AOR) te laten werken. Voor de beste betrouwbaarheid van de pomp moet de pomp binnen de voorkeursbedrijfsregio (POR) worden bediend, wat de energie-efficiëntie optimaliseert, trillingen minimaliseert en schade aan de pomp als gevolg van hydraulische omstandigheden van de pomp minimaliseert.
Recirculatiecavitatie kan verder worden onderverdeeld in zuigrecirculatiecavitatie en afvoerrecirculatiecavitatie, maar de schade die ze veroorzaken en de oplossingen om ze op te lossen zijn vergelijkbaar. In beide gevallen creëren stromingsomkeringen bij de aanzuiging of afvoer van de waaier wervelingen in de waaierdoorgangen, waardoor lokale lagedrukplekken in de vloeistof ontstaan die cavitatie veroorzaken.
De AOR wordt gedefinieerd door de fabrikant van de pomp en moet door de OEM worden verstrekt bij elke aankoop. De AOR wordt gedefinieerd door een bovenste stroomlimiet en een onderste stroomlimiet. De bovenste stroomlimiet is meestal het einde van de pompcurve (de rechterkant van de curve, het hoogste debiet dat op de curve is getekend). In sommige gevallen kan dit echter worden uitgebreid tot, of worden beperkt tot, waarden die lager zijn dan het einde van de curve. De onderste limiet van de AOR wordt ook wel de Minimum Continuous Stable Flow (MCSF) genoemd. Werking onder de MCSF is de meest voorkomende oorzaak van recirculatiecavitatie en kan een korte tijd tot falen veroorzaken als deze ernstig wordt geschonden.
De POR heeft ook een bovenste stroomlimiet en onderste stroomlimiet, maar wordt niet altijd door de OEM van de pomp opgenomen bij aankoop. Meestal kan de OEM die informatie op verzoek delen, of u kunt proberen het zelf te berekenen. Voor de meeste centrifugaalpompen die werken met een redelijke pompsnelheid, stroom en opvoerhoogte, is de onderste POR-limiet 70% van de BEP-stroomsnelheid. De bovenste POR-limiet is 120% van de BEP-stroomsnelheid. Voor pompontwerpen met hogere assnelheden of hoge stromen met een relatief lage TDH, kan het gebied worden beperkt tot 80%-120% of 85%-115% van de BEP-stroomsnelheid. Bij de meest restrictieve pompontwerpen, met zeer hoge assnelheden of met een combinatie van zeer hoge stroomsnelheden met zeer weinig TDH, kan het gebied worden beperkt tot 90%-110% van de BEP-stroomsnelheid.
Denkt u dat dit te veel is? Vraag gerust een Augury Reliability Service Manager om hulp en wij kunnen u helpen de juiste stroomsnelheden te bepalen om een goede pompbetrouwbaarheid te garanderen.
P.S.
Cavitatie is anders dan meegevoerde lucht of gasbellen die van nature in een vloeistof aanwezig zijn. Als bijvoorbeeld het niveau van een tank erg laag wordt getrokken zonder wervelpreventie, kunnen er wervelingen in de tank ontstaan die lucht of gas in de vloeistof trekken. De vloeistof kan die gassen in de pomp brengen, waardoor er stromings- en drukschommelingen ontstaan. Deze kunnen de pomp of lagers beschadigen. Dit type probleem is echter geen cavitatie.
Cavitatie klinkt als het pompen van grind. Het grindgeluid is eigenlijk de "pop" van de cavitatiebellen als ze imploderen.
Niet alle cavitatie is slecht en sommige pompen zijn ontworpen om met cavitatie te werken. Deze zijn echter ongewoon en tenzij u weet dat uw pompen hiervoor zijn ontworpen, moet cavitatie worden vermeden.
