Кавитация насоса: определение, признаки, способы устранения

Дата публикации:
18 Февраля 2025 г.

Длительность чтения:
10 мин.

Оглавление:

Типы кавитации
Причины кавитации всасывания и способы их устранения
Причины и методы предотвращения кавитации нагнетания
Дополнительные сведения о кавитации
Последствия кавитации насоса

Кавитация насоса — это физический процесс, который происходит из-за локального снижения давления жидкости внутри насоса до уровня, сравнимого или ниже давления насыщенных паров этой жидкости при текущей температуре. Во время прохождения жидкости через насос в отдельных участках возможно значительное падение давления. Если давление падает до уровня давления насыщенного пара или ниже, в жидкости начинают формироваться пузырьки пара. Когда эти пузырьки вместе с жидкостью достигают областей с более высоким давлением внутри насоса, они быстро схлопываются, что и называется кавитацией.

кавитация насоса

Процесс схлопывания пузырьков сопровождается несколькими негативными последствиями:

Интенсивный шум и вибрация: Быстрое схлопывание пузырьков пара создает сильный шум и вибрации, что может нанести ущерб насосному оборудованию.
Эрозия материалов: Освобожденная энергия при схлопывании пузырьков способна разрушать поверхности насоса, постепенно приводя к их износу и повреждению.
Падение производительности: Кавитация может снизить объемный расход жидкости через насос, ухудшить его КПД и повысить энергозатраты.
Перегрев: Циклические явления кавитации могут вызывать перегрев насоса из-за увеличенного трения между подвижными элементами и жидкостью.

Для предотвращения кавитации крайне важно правильно выбирать насосное оборудование, принимая во внимание характеристики рабочей жидкости (например, давление насыщенного пара и температуру), а также поддерживать необходимое давление на входе в насос. Регулярные проверки и техническое обслуживание насосов помогут вовремя выявить и устранить возможные проблемы, связанные с кавитацией.

Типы кавитации

Кавитация насоса — это сложный многофазовый процесс, который отрицательно влияет на работу насосного оборудования. В зависимости от условий эксплуатации и характеристик перекачиваемой жидкости различают несколько типов кавитации. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Кавитация всасывания

Этот тип кавитации проявляется на входе в насос, когда давление жидкости уменьшается до уровня, равного или ниже давления насыщенных паров. В результате образуются пузырьки пара, которые при достижении зон с более высоким давлением схлопываются. Причинами кавитации всасывания часто являются недостаточное давление на входе в насос или слишком высокие скорости потока, вызванные неверным выбором насоса или параметрами системы.

Кавитация нагнетания

Кавитация нагнетания происходит на выходе из насоса, где жидкость, содержащая пузырьки пара, подвергается воздействию высокого давления, что приводит к их быстрому схлопыванию. Этот тип кавитации обычно связан с неподходящей конструкцией насоса или системы, создающей избыточное давление на выходе.

Кавитация испарения (классическая кавитация)

Классическая кавитация возникает, когда давление в жидкости падает настолько, что начинается ее испарение. Обычно это происходит в узких местах насоса, где скорость жидкости максимальная, а давление минимальное. Такие условия способствуют образованию пузырьков пара.

Кавитация аспирации

Этот тип кавитации возникает, когда в жидкость попадает воздух или другие газы, формирующие пузырьки. Эти пузырьки схлопываются в зонах с более высоким давлением, вызывая повреждение и шум. Причины кавитации аспирации включают неплотные соединения на всасывающем трубопроводе или высокое содержание газов в жидкости.

Кавитация турбулентности

Турбулентная кавитация связана с повышенной турбулентностью потока внутри насоса, которая приводит к местному снижению давления и образованию пузырьков пара. Она часто встречается в насосах с высокими оборотами или в системах с резкими изменениями направления потока.

Эти различные виды кавитации могут комбинироваться в реальных условиях работы насосов, оказывая влияние на их производительность и долговечность. Понимая специфику каждого вида кавитации, можно точнее диагностировать проблемы и принимать меры для их предупреждения или устранения. Это включает правильный выбор насосов, регулировку параметров системы и применение специализированных технических решений для минимизации рисков кавитации.

кавитация насоса

Причины кавитации всасывания и способы их устранения

Всасывающий трубопровод малого диаметра

Неполадка: Недостаточный диаметр трубы всасывания может ускорить поток жидкости, что приведет к падению давления.

Как устранить: Увеличьте диаметр трубопровода или установите параллельную линию для снижения скорости потока.

Чрезмерное давление перед всасывающей полостью насоса

Неполадка: Повышенное давление перед всасыванием может способствовать возникновению кавитации.

Что делать: Частично закройте задвижку на всасывании для регулировки давления.

Заужение перед всасывающей полостью насоса

Неполадка: Неподходящие компоненты, такие как обратные клапаны, создают дополнительные препятствия и снижают давление.

Что делать: Замените элементы на аналоги, обеспечивающие свободное прохождение жидкости.

Засоренный фильтр или загрязненный трубопровод

Неполадка: Забитые фильтры и загрязнения повышают сопротивление потоку, что уменьшает давление.

Что делать: Проводите регулярную чистку фильтров и устраняйте засоры в трубопроводе.

Недостаточно высокий подпор воды перед всасывающим трубопроводом

Неполадка: Для насосов, не оснащенных функцией самовсасывания, важен надлежащий подпор воды.

Что делать: Расположите насос глубже относительно уровня воды или выберите самовсасывающий насос.

Фактическая высота всасывания превышает допустимую

Неполадка: Слишком большая высота всасывания приводит к падению давления на входе.

Что делать: Переместите насос ближе к источнику воды или подключите вспомогательный бустерный насос.

Длина всасывающей магистрали слишком велика

Затруднение: Длинные трубопроводы увеличивают трение и сопротивление потоку.

Что делать: Установите насос ближе к воде или увеличьте диаметр трубопровода.

Неверная конструкция всасывающего трубопровода

Затруднение: Большое количество поворотов, подъемов и изгибов создают воздушные пробки и увеличивают трение.

Что делать: Пересмотрите конструкцию трубопровода, уменьшив число изгибов и улучшив гидродинамические характеристики.

кавитация насоса

Причины и методы предотвращения кавитации нагнетания

Слишком большой подъем жидкости

Затруднение: Если высота подъёма жидкости превышает паспортные значения насоса, это приводит к созданию избыточного давления на нагнетательном участке.

Что делать: Чтобы уменьшить нагрузку на основной насос, рекомендуется установить циркуляционный насос для повышения давления. В качестве альтернативы можно смонтировать байпасный перепускной клапан на подаче насоса для управления объемным расходом или заменить насос на более подходящую модель.

Нагнетательный трубопровод недостаточного диаметра

Затруднение: Маленький диаметр трубопровода на нагнетании увеличивает давление, что повышает риск кавитации.

Что делать: Рекомендуется переделать трубопровод, увеличив его диаметр, или добавить параллельный участок для снижения давления. Можно также рассмотреть вариант снижения частоты вращения двигателя насоса для оптимизации давления.

Засоренные фильтры или забитый нагнетательный трубопровод

Затруднение: Накопившиеся загрязнения в фильтрах или засоры в трубопроводе создают дополнительное сопротивление потоку, увеличивая давление нагнетания.

Что делать: Необходимо регулярно очищать фильтры и устранять засоры, чтобы обеспечить свободный поток жидкости.

Слишком длинная нагнетательная магистраль

Затруднение: Превышение оптимальной длины нагнетательного трубопровода увеличивает сопротивление и давление в системе.

Что делать: Оптимальное решение — разместить насос ближе к точке подачи жидкости. Дополнительно можно установить циркуляционные насосы на подающей магистрали или выбрать более мощную модель насоса.

Высокая температура жидкости и низкое давление на входе

Важно: При высокой температуре жидкости и низком давлении на входе риск кавитации значительно возрастает.

Что делать: Для предотвращения кавитации необходимо повышать давление на всасывании и, если это технологически допустимо, максимально снижать температуру жидкости.

Дополнительные сведения о кавитации

Кавитация испарения (классическая кавитация)

Этот тип кавитации возникает, когда статическое давление в жидкости падает ниже давления ее насыщенного пара, что приводит к образованию пузырьков пара. При переходе в зону с более высоким давлением эти пузырьки стремительно схлопываются, создавая ударные волны, которые могут разрушить материалы насоса. Такой тип кавитации встречается как на этапах всасывания, так и нагнетания.

Кавитация аспирации

Аспирационная кавитация происходит, когда воздух или другой газ проникает в водный контур насоса. В отличие от классической кавитации, этот тип менее опасен, так как воздух медленнее возвращается в жидкость при увеличении давления, а сам процесс схлопывания пузырьков протекает мягче. Воздушные пузырьки могут проникнуть в систему через неплотные соединения, сальники или дефекты в трубопроводах.

Кавитация турбулентности

Этот тип кавитации связан с появлением вихревых потоков внутри насоса, что может привести к местным скачкам давления и образованию пузырьков пара. Кавитация турбулентности часто наблюдается в насосах с высокими скоростями вращения или сложной геометрией трубопроводов, где происходят резкие изменения направления потока.

кавитация насоса

Последствия кавитации насоса

Повреждения рабочих поверхностей

Схлопывание пузырьков кавитации вызывает мини-взрывы, которые наносят ущерб рабочим поверхностям насоса, таким как лопасти и корпус. Со временем это приводит к деградации гидравлических характеристик и снижению срока службы насоса.

Увеличение зазоров

Кавитация ускоряет износ и разрушение материалов, что увеличивает зазоры между подвижными и стационарными компонентами насоса. Это снижает герметичность и общую эффективность работы насоса, увеличивая потребление энергии.

Потеря производительности

Поврежденные рабочие части и большие зазоры ведут к снижению производительности насоса, уменьшению создаваемого напора и объема перекачиваемой жидкости. Это делает насос неэффективным для выполнения своих функций.

Повреждение подшипников, клапанов и уплотнителей

Ударные нагрузки и вибрации, возникающие при кавитации, могут выводить из строя подшипники, клапаны и уплотнительные элементы, что потребует их замены и увеличит эксплуатационные расходы.

Разбалансировка и усиление вибраций

Прогрессивное разрушение компонентов насоса нарушает балансировку, что усиливает вибрации. Это не только сокращает ресурс насоса, но и угрожает целостности соседнего оборудования.

Повышенный расход энергии

Для компенсации утраченной производительности поврежденного насоса требуется больше энергии, что повышает эксплуатационные издержки.

Понимание природы кавитации и ее возможных последствий помогает инженерам и специалистам лучше диагностировать и предотвращать подобные проблемы, обеспечивая длительную и эффективную эксплуатацию насосного оборудования.