Wpływ kawitacji na wydajność pomp

Kawitacja jest zjawiskiem, które może poważnie wpływać na wydajność pomp oraz ich trwałość. Polega ona na tworzeniu się pęcherzyków gazowych w cieczy, które następnie pękają, powodując nagłe zmiany ciśnienia. Skutkiem kawitacji są m.in. spadek wydajności pompy, zwiększone zużycie prądu elektrycznego oraz uszkodzenia elementów konstrukcyjnych.

Wprowadzenie do kawitacji

Kawitacja pompy to zjawisko niepożądane i szkodliwe, które często jest ignorowane. Polega ona na tworzeniu się, gromadzeniu i nagłym zanikaniu pęcherzyków gazowych w cieczy wokół wirnika pompy. Towarzyszą temu gwałtowne zmiany ciśnienia. Kawitacja może prowadzić do erozji elementów pompy oraz poważnych uszkodzeń. W skrajnych przypadkach może nawet spowodować nieodwracalne uszkodzenia. Dlatego tak ważne jest przeciwdziałanie temu zjawisku.

Skutki kawitacji są widoczne między innymi w spadku parametrów pracy i wydajności pompy. Zwiększa się również zużycie prądu elektrycznego. Pompa działa głośno, pojawiają się drgania spowodowane pulsacją ciśnienia. Po rozebraniu można zaobserwować uszkodzenia elementów konstrukcyjnych spowodowane korozją, zwłaszcza wirnika. Te uszkodzenia mogą prowadzić do wycieków podczas eksploatacji. Dlatego tak ważne jest podejmowanie działań mających na celu przeciwdziałanie kawitacji i wybór wysokiej jakości pompy o właściwościach antykawitacyjnych.
Zobacz także: Zasada działania pompy głębinowej.

Mechanizm powstawania kawitacji

Kawitacja powstaje w wyniku spadku ciśnienia cieczy w centralnej części wirnika pompy. Gdy ciśnienie spada poniżej poziomu nasycenia w warunkach odpowiadających temperaturze pokojowej, ciecz zaczyna parować, tworząc małe pęcherzyki gazowe. Te pęcherzyki następnie rozpadają się, generując falę uderzeniową o znacznej energii. Pęknięcia dużej ilości pęcherzyków prowadzą do mikro-uderzeń, które przyczyniają się do korozji materiałów konstrukcyjnych i poważnych uszkodzeń.

W procesie kawitacji towarzyszą gwałtowne zmiany ciśnienia. Spadek ciśnienia w centralnej części wirnika skutkuje napływem cieczy przez króciec ssawny. Ten nagły spadek ciśnienia powoduje parowanie cieczy i tworzenie się pęcherzyków gazowych. Następnie, gdy te pęcherzyki rozpadają się, generują falę uderzeniową o dużej energii. W rezultacie dochodzi do uszkodzeń elementów konstrukcyjnych pompy oraz erozji materiałów. Dlatego tak ważne jest przeciwdziałanie kawitacji poprzez odpowiednie zaprojektowanie wirników, profilowanie łopatek oraz stosowanie wysokiej jakości pomp o właściwościach antykawitacyjnych.

Objawy kawitacji w pompie

Pompa, która jest objęta zjawiskiem kawitacji, może dawać pewne charakterystyczne objawy. Przede wszystkim pojawia się wyraźny spadek parametrów jej pracy i wydajności. Dochodzi też do zwiększonego zużycia prądu elektrycznego. Pompa działa głośno i pojawiają się drgania, których przyczyną jest pulsacja ciśnienia. Po rozebraniu można zauważyć widoczne uszkodzenia elementów konstrukcyjnych spowodowane korozją, w tym przede wszystkim wirnika. Uszkodzenia te w trakcie eksploatacji mogą być przyczyną wycieków.

Aby skutecznie przeciwdziałać kawitacji, ważne jest zrozumienie jej objawów i szybkie reagowanie na nie. Spadek wydajności pompy może być sygnałem, że występuje kawitacja. Jeśli zauważysz również zwiększone zużycie prądu elektrycznego oraz uszkodzenia elementów konstrukcyjnych pompy, istnieje duże prawdopodobieństwo, że pompa jest dotknięta tym niepożądanym zjawiskiem. W takiej sytuacji konieczne jest podjęcie odpowiednich działań, takich jak zastosowanie pomp o lepszych właściwościach antykawitacyjnych, zapewnienie odpowiedniej konstrukcji wirników oraz profilowanie łopatek. Dzięki temu można skutecznie zapobiegać kawitacji i chronić pompę przed poważnymi uszkodzeniami.

Przeciwdziałanie kawitacji

Aby skutecznie przeciwdziałać kawitacji, producenci pomp podejmują różne działania mające na celu minimalizację ryzyka wystąpienia tego niepożądanego zjawiska. Jedną z metod jest odpowiednia budowa wirników. Poprawna konstrukcja wirnika pompy może zmniejszyć spadek ciśnienia w centralnej części wirnika i tym samym ograniczyć tworzenie się pęcherzyków gazowych. Innym ważnym czynnikiem jest profilowanie łopatek. Odpowiednie ukształtowanie łopatek pomaga w utrzymaniu stabilnego przepływu cieczy i minimalizuje ryzyko wystąpienia spadków ciśnienia, które mogą prowadzić do kawitacji.

Jedną z innowacyjnych metod przeciwdziałania kawitacji jest stosowanie prerotacji. Polega to na zawirowaniu cieczy przed wejściem do pompy w kierunku zgodnym z obrotami silnika. Dzięki temu możliwe jest równomierne rozłożenie ciśnienia i minimalizacja ryzyka tworzenia się pęcherzyków gazowych. Warto również wspomnieć o parametrze NPSHA (Net Positive Suction Head Available), który określa poziom odporności pompy na kawitację. Wybierając pompę, należy zwrócić uwagę na ten parametr i wybrać model o odpowiednio wysokim poziomie NPSHA.

Zwiększanie parametru NPSHA

Aby zwiększyć parametr NPSHA (Net Positive Suction Head Available) i tym samym zwiększyć odporność pompy na kawitację, istnieje kilka skutecznych sposobów. Jednym z nich jest odpowiednie zaplanowanie instalacji. Warto zastosować rurociąg o niewielkiej długości, ale dużej średnicy. Krótszy rurociąg minimalizuje straty ciśnienia, a większa średnica umożliwia swobodniejszy przepływ cieczy. Ważne jest również zaplanowanie instalacji z jak najmniejszą liczbą elementów przyczyniających się do strat ciśnienia. Im mniej zakrętów, zaworów czy zwężek, tym mniejsze ryzyko wystąpienia spadków ciśnienia i kawitacji.

Kolejnym ważnym aspektem jest unikanie prędkości cieczy powyżej 2 m/s. Przy zbyt wysokiej prędkości cieczy wzrasta ryzyko wystąpienia kawitacji. Dlatego należy dostosować parametry instalacji tak, aby prędkość przepływu była możliwie jak najbliższa tej wartości granicznej. Ponadto, należy unikać wahaniom ciśnienia na ssaniu pompy, które mogą prowadzić do tworzenia się pęcherzyków gazowych i kawitacji. Warto również pamiętać, że pompowanie cieczy powinno odbywać się w jak najniższej temperaturze, ponieważ wyższa temperatura może zwiększać ryzyko wystąpienia kawitacji.