Один из самых распространённых признаков неисправности жидкостно-кольцевых вакуумных насосов — потрескивающий или похожий на гравийный грохот звук из насоса, сопровождающийся усиленной вибрацией. Чаще всего эти признаки указывают на кавитацию. В этой статье мы разберём, как физически возникает кавитация внутри жидкостно-кольцевого насоса, при каких условиях она встречается чаще и какие конструктивные и эксплуатационные меры эффективно её предотвращают.
Содержание
- Что такое кавитация и как она возникает в жидкостно-кольцевом насосе?
- Почему пузырьки пара схлопываются так резко?
- Каковы признаки кавитации?
- Какой ущерб кавитация наносит насосу?
- При каких условиях эксплуатации кавитация встречается чаще?
- Как двухступенчатая конструкция снижает риск кавитации?
- Что такое антикавитационная линия и как она работает?
- Какие эксплуатационные меры помогают предотвратить кавитацию?
- Часто задаваемые вопросы
Что такое кавитация и как она возникает в жидкостно-кольцевом насосе?
Кавитация — это внезапное образование заполненных паром полостей (пузырьков) в жидкости, происходящее, когда локальное давление в этой жидкости падает ниже давления её насыщенных паров при данной температуре. Понятие давления паров, рассмотренное в статье «Почему температура сервисной воды снижает вакуум жидкостно-кольцевого насоса?», лежит и в основе кавитации; однако здесь речь идёт не об общем испарении рабочей жидкости, а о локальном и внезапном падении давления внутри самой жидкости.
В жидкостно-кольцевом насосе по мере вращения ротора объём между жидкостным кольцом и лопастями ротора непрерывно меняется; в зонах наиболее быстрого расширения этого объёма локальное давление может мгновенно падать до очень низких значений. Если это локальное давление опускается ниже давления насыщенных паров рабочей жидкости, в жидкости внезапно образуются пузырьки пара.
Почему пузырьки пара схлопываются так резко?
Образовавшиеся пузырьки перемещаются вместе с жидкостным кольцом к зоне сжатия насоса. Когда в этой зоне локальное давление вновь повышается, пар внутри пузырька почти мгновенно конденсируется обратно в жидкость; эта конденсация приводит к практически мгновенному схлопыванию пузырька (имплозии).
Во время этого схлопывания окружающая пузырёк жидкость устремляется внутрь с очень высокой скоростью, создавая в центре схлопывающегося пузырька чрезвычайно высокий, но крайне малый и кратковременный скачок давления (микроструйку). Когда этот скачок ударяет по расположенной рядом металлической поверхности — лопасти ротора или корпусу, — он вызывает микроскопическую эрозию материала.
Каковы признаки кавитации?
Наиболее характерный признак кавитации — неравномерный потрескивающий звук из насоса, который часто описывают как звук перекачивания гравия или песка. Этот звук обычно сопровождается усиленной вибрацией; в тяжёлых случаях такую вибрацию можно ощутить даже на соседнем оборудовании или трубопроводе.
Помимо шума и вибрации, длительная кавитация может со временем приводить к небольшим колебаниям тока двигателя и заметному снижению производительности насоса. Этот набор признаков — одна из самых частых причин обращений с объектов по поводу шума и вибрации (см. статью «Почему промышленный вакуумный насос работает шумно и с вибрацией?»).
Какой ущерб кавитация наносит насосу?
Схлопывание одного пузырька оказывает крайне незначительный эффект, но в жидкостно-кольцевом насосе одновременно и непрерывно могут образовываться и схлопываться тысячи пузырьков. Со временем эти повторяющиеся микроудары создают на поверхностях лопастей ротора и корпуса небольшие углубления — явление, называемое питтингом, — и неровный характер износа.
По мере развития такого износа могут нарушаться точные допуски между ротором и корпусом, снижаться герметичность и падать эффективность насоса. Серьёзная кавитация, не устранённая в течение долгого времени, может достичь уровня, требующего досрочной замены ротора или корпуса.
При каких условиях эксплуатации кавитация встречается чаще?
Риск кавитации возрастает, когда насос работает за пределами своего расчётного диапазона — в частности, при давлении всасывания значительно ниже ожидаемого (то есть при более глубоком вакууме, чем предполагалось). Внезапная потеря нагрузки в процессе (например, резкое закрытие клапана) может привести к тому, что система «уходит» за расчётную точку насоса в сторону чрезмерно глубокого вакуума, заметно повышая риск кавитации.
Температура и расход рабочей жидкости также относятся к факторам, влияющим на риск кавитации; как отмечалось в статье «Почему температура сервисной воды снижает вакуум жидкостно-кольцевого насоса?», поддержание рабочей жидкости в правильном диапазоне температуры и расхода способствует стабильной работе насоса вблизи расчётной точки.
Как двухступенчатая конструкция снижает риск кавитации?
Как отмечалось в статье «Что выбрать: одноступенчатый или двухступенчатый жидкостно-кольцевой вакуумный насос?», в двухступенчатой конструкции нагрузка сжатия распределяется между двумя роторами. Такое разделение уменьшает перепад давления, который приходится выдерживать каждой ступени; меньший перепад давления, в свою очередь, снижает вероятность падения локального давления до давления насыщенных паров рабочей жидкости.
В двухступенчатых конструкциях проблема кавитации, как правило, возникает реже. Поэтому двухступенчатую серию стоит рассматривать для применений, где ожидается частая работа при низком давлении всасывания или переменный профиль процесса.
Что такое антикавитационная линия и как она работает?
В общей конструкции жидкостно-кольцевых вакуумных насосов широко применяется «антикавитационная линия» или аналогичный защитный механизм, подающий контролируемое количество газа в зону наибольшего риска кавитации, повышая там локальное давление и предотвращая образование пузырьков пара. По принципу такая линия схожа с газобалластом: добавление дополнительного газа удерживает локальное давление выше давления паров.
Чтобы узнать, предусмотрена ли подобная защитная линия в конкретной модели Gücüm Pompa, и получить технические детали по модели, рекомендуется обратиться в техническую службу Gücüm Pompa.
Какие эксплуатационные меры помогают предотвратить кавитацию?
Снижение риска кавитации начинается с правильного подбора насоса под реальное давление всасывания и потребность в производительности процесса; насос, выбранный с завышенным или заниженным запасом, чаще работает за пределами своей расчётной точки. Резкие закрытия клапанов или потери нагрузки в процессе также стоит по возможности делать более плавными и контролируемыми.
Поддержание рабочей жидкости в правильном диапазоне температуры и расхода, проверка поверхностей ротора и корпуса на износ во время планового обслуживания, а также раннее реагирование при обнаружении необычного шума или вибрации на объекте — всё это позволяет выявить и устранить кавитацию до того, как она нанесёт насосу необратимый ущерб.
Часто задаваемые вопросы
Как распознать звук кавитации?
Кавитацию обычно замечают по неравномерному потрескивающему звуку, который часто описывают как звук перекачивания гравия насосом. Этот звук имеет более хаотичный характер, чем стабильный, равномерный механический шум.
Нужно ли немедленно останавливать насос при обнаружении кавитации?
Лёгкая и кратковременная кавитация не всегда требует немедленной остановки, но при постоянной или сильной кавитации стоит проверить условия эксплуатации (давление всасывания, рабочую жидкость) и при необходимости проконсультироваться с технической службой Gücüm Pompa.
Можно ли устранить повреждения от кавитации?
Незначительный износ, обнаруженный на ранней стадии, в некоторых случаях может оставаться в допустимых пределах, но развитое кавитационное повреждение обычно требует замены ротора или деталей корпуса. Для точной оценки требуется осмотр насоса и консультация с технической службой Gücüm Pompa.
Каков риск кавитации в моноблочных насосах?
Как отмечалось в статье «В каких случаях моноблочный вакуумный насос даёт преимущество перед моделями с муфтой?», моноблочная серия работает при относительно небольшой производительности и в ограниченном диапазоне вакуума (до 33 мбар). Риск кавитации в первую очередь связан с работой насоса за пределами его собственной расчётной точки, поэтому правильное использование моноблочной серии в своём диапазоне производительности и вакуума не менее важно.
