Η σπηλαίωση είναι ένα κοινό πρόβλημα κατά τη λειτουργία των φυγοκεντρικών αντλιών, το οποίο μπορεί να προκαλέσει αύξηση των κραδασμών και του θορύβου της αντλίας, μείωση της απόδοσης και σοβαρή βλάβη στα εξαρτήματα.
Αυτό το άρθρο δεν διερευνά τις επαγγελματικές θεωρητικές γνώσεις της σπηλαίωσης, αλλά επιχειρεί μόνο να χρησιμοποιήσει σχετικά απλή γλώσσα για να παρέχει μια λεπτομερή εισαγωγή σε αρκετούς κοινούς τύπους σπηλαίωσης σε φυγόκεντρες αντλίες, τους κινδύνους της σπηλαίωσης και τα κοινά χρησιμοποιούμενα μέτρα για τη βελτίωση της σπηλαίωσης επί τόπου.
1. Τύποι σπηλαίωσης
Από τη θέση εμφάνισης, η σπηλαίωση μπορεί να χωριστεί σε σπηλαίωση λεπίδας, σπηλαίωση κενού, τραχιά σπηλαίωση, σπηλαίωση κοιλότητας και σπηλαίωση αντίστροφης ροής.
(1) Σπηλαίωση φυλλώματος
Όταν συμβαίνει σπηλαίωση, ο σχηματισμός και το σκάσιμο φυσαλίδων συμβαίνει κυρίως στο μπροστινό και το πίσω μέρος των πτερυγίων, γνωστό και ως σπηλαίωση αεροτομής, που είναι η κύρια μορφή σπηλαίωσης στις φυγόκεντρες αντλίες. Όταν η αντλία είναι εγκατεστημένη πολύ ψηλά, ακόμα κι αν η αντλία λειτουργεί υπό συνθήκες σχεδιασμού, μια περιοχή χαμηλής-πίεσης είναι επιρρεπής στο πίσω μέρος της εισόδου και της εξόδου της λεπίδας:
1) Όταν η αντλία λειτουργεί υπό συνθήκες υψηλής ροής, ο διαχωρισμός της ροής και οι δίνες εμφανίζονται στην πρόσθια ακμή των λεπίδων, δημιουργώντας αρνητική πίεση που μπορεί να προκαλέσει σπηλαίωση στο μπροστινό μέρος των πτερυγίων.
2) Όταν η αντλία λειτουργεί υπό συνθήκες χαμηλής ροής, δημιουργούνται δίνες στο πίσω μέρος των πτερυγίων, δημιουργώντας μια ζώνη χαμηλής-πίεσης και προκαλώντας σπηλαίωση στο πίσω μέρος των πτερυγίων.
(2) Σπηλαίωση διάκενου
Αναφέρεται στη σπηλαίωση που σχηματίζεται όταν το υγρό ρέει μέσα από ένα στενό κανάλι ή διάκενο, προκαλώντας τοπική αύξηση της ταχύτητας ροής και μείωση της πίεσης στην πίεση εξάτμισης των συστατικών ροής.
Στο κενό μεταξύ του δακτυλίου που είναι ανθεκτικό στη φθορά- του περιβλήματος της φυγοκεντρικής αντλίας και της εξωτερικής ακμής (κάλυμμα) της πτερωτής, κάτω από τη διαφορά πίεσης (ειδικά μεγάλη διαφορά πίεσης) και στις δύο πλευρές της εισόδου και της εξόδου της πτερωτής, το υγρό στην πλευρά εξόδου ρέει πίσω με υψηλή ταχύτητα, προκαλώντας τοπική πτώση πίεσης και σπηλαίωση
Στο μικρό κενό μεταξύ του εξωτερικού άκρου των πτερυγίων της αντλίας αξονικής ροής και του περιβλήματος της αντλίας, υπό την επίδραση της διαφοράς πίεσης μεταξύ του μπροστινού και του πίσω μέρους των πτερυγίων, η υψηλή ταχύτητα αντίστροφης ροής του υγρού στο διάκενο μπορεί επίσης να προκαλέσει τοπική πτώση πίεσης, με αποτέλεσμα τη σπηλαίωση στο αντίστοιχο εξωτερικό άκρο των πτερυγίων στη ζώνη του περιβλήματος της αντλίας. η πτερωτή και τα πτερύγια.
(3) Ακατέργαστη σπηλαίωση
Η τραχιά σπηλαίωση αναφέρεται στη δημιουργία στροβιλισμών κατάντη των προεξοχών όταν το υγρό ρέει διαμέσου της ανώμαλης επιφάνειας των εξαρτημάτων τραχιάς ροής μέσα στο περίβλημα της αντλίας, προκαλώντας τοπική πτώση πίεσης και οδηγώντας σε σπηλαίωση.
Κατά τη χύτευση και την επεξεργασία των εξαρτημάτων ροής της αντλίας, η ανομοιομορφία της επιφάνειας, οι οπές άμμου, οι οπές αέρα κ.λπ. μπορεί να προκαλέσουν ξαφνικές αλλαγές στην κατάσταση τοπικής ροής και να προκαλέσουν σπηλαίωση.
(4) Σπηλαίωση κοιλότητας
Η σπηλαίωση σε μια κοιλότητα αναφέρεται στον σχηματισμό μιας σπειροειδούς ζώνης δίνης στον θάλαμο αναρρόφησης στην είσοδο μιας αντλίας λόγω κακών συνθηκών εισόδου νερού ή ανεπαρκούς βάθους βύθισης. Όταν η κεντρική πίεση του ιμάντα στροβιλισμού μειωθεί στην πίεση εξάτμισης, θα συμβεί επίσης σπηλαίωση, συνοδευόμενη από ισχυρή δόνηση.
(5) Σπηλαίωση παλινδρόμησης
Σε γενικές γραμμές, η προϋπόθεση για τη σπηλαίωση είναι το NPSHa
Όταν ο ρυθμός ροής άντλησης είναι πολύ χαμηλός ή η πίεση εισόδου είναι πολύ υψηλή, εμφανίζεται αντίστροφη ροή. Όταν ο ρυθμός ροής άντλησης είναι πολύ χαμηλός, εμφανίζεται εσωτερική παλινδρόμηση στην είσοδο της πτερωτής. Όταν η πίεση εισόδου της αντλίας είναι πολύ υψηλή, εμφανίζεται εσωτερική παλινδρόμηση στην έξοδο της πτερωτής. Η εσωτερική παλινδρόμηση προκαλεί αύξηση του ρυθμού ροής του υγρού έως ότου η εξάτμιση παράγει φυσαλίδες, οι οποίες στη συνέχεια σπάνε κάτω από υψηλότερη πίεση περιβάλλοντος. Όταν εμφανίζεται εσωτερική αντίστροφη ροή στη θύρα αναρρόφησης, θα εκπέμπεται ακανόνιστος θόρυβος τριξίματος γύρω από τη θύρα αναρρόφησης της αντλίας, συνοδευόμενος από ήχο έκρηξης υψηλής έντασης.
Η σπηλαίωση με παλινδρόμηση μπορεί γενικά να βελτιωθεί με τις ακόλουθες μεθόδους:
1) Αυξήστε τον ρυθμό ροής εξόδου της αντλίας.
2) Εγκαταστήστε μια παράκαμψη μεταξύ της εισόδου και της εξόδου της αντλίας (αυτή η μέθοδος είναι δύσκολο να την αποδεχτούν οι πελάτες σε πρακτικές εφαρμογές).
3) Βελτιστοποιήστε τη δομή της πτερωτής (μειώστε την περιοχή εισόδου της πτερωτής).
2. Οι κίνδυνοι της σπηλαίωσης
(1) Υποβάθμιση της απόδοσης, βλάβη αγωγού
Η σπηλαίωση μπορεί να μειώσει σημαντικά την απόδοση της αντλίας. Συνήθως, για τις φυγοκεντρικές αντλίες, όταν η πίεση εισόδου πέσει σε κάποιο βαθμό, η απόδοσή τους θα μειωθεί απότομα, η οποία είναι επίσης γνωστή ως κάταγμα σπηλαίωσης. Η σπηλαίωση μπορεί επίσης να προκαλέσει αστάθεια στο εσωτερικό του υγρού, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε ταλαντώσεις στη ροή και την πίεση. Με τη βοήθεια αυτών των ταλαντώσεων, μπορεί να προκαλέσει ζημιά στην αντλία και στους αγωγούς εισόδου και εξόδου της.
(2) Σοβαρή ζημιά στα εξαρτήματα υπερέντασης της αντλίας
Η σπηλαίωση μπορεί να προκαλέσει ζημιά στην επιφάνεια των εξαρτημάτων. Όταν σκάνε φυσαλίδες, το περιβάλλον υγρό δημιουργεί εξαιρετικά υψηλή πίεση κρούσης (πίεση αιχμής) έως και 49 MPa. Όταν η υδραυλική αντοχή της σπηλαίωσης υπερβαίνει την ικανότητα του υλικού να αντιστέκεται σε αυτή την κρούση, μπορεί να οδηγήσει σε τοπική αστοχία κόπωσης υλικού τοίχου και αποκόλληση του υλικού της επιφάνειας. Η σπηλαίωση συμβαίνει ταυτόχρονα με χημική και ηλεκτροχημική διάβρωση. Το μέγεθος των κοιλωμάτων που δημιουργούνται από τη διάβρωση και την πλαστική παραμόρφωση των υλικών στο πρώιμο στάδιο της σπηλαίωσης είναι περίπου 10 μ m έως 50 μ m, ειδικά για ορισμένα υλικά με χαμηλή αντοχή στη διάβρωση, τα οποία ενδέχεται να εμφανίζουν δομές σαν κυψέλη υπό-μακροχρόνια σπηλαίωση.
(3) Δημιουργήστε κραδασμούς και θόρυβο
Τη στιγμή που η φυσαλίδα συμπυκνώνεται, συρρικνώνεται και σπάει, το υγρό γύρω από τη φυσαλίδα γεμίζει το κενό με μεγάλη ταχύτητα (που σχηματίζεται από τη συμπύκνωση και τη ρήξη της φυσαλίδας), δημιουργώντας παλμούς πίεσης και συνεπώς συναρπαστικούς κραδασμούς και θόρυβο. Η συχνότητα του θορύβου σπηλαίωσης είναι γενικά μεταξύ 10 kHz και 100 kHz, ενώ η συχνότητα του θορύβου σπηλαίωσης που προκαλείται από παλινδρόμηση και παλμό πίεσης είναι περίπου μερικές εκατοντάδες Hz, γεγονός που κάνει το ανθρώπινο αυτί ιδιαίτερα ευαίσθητο. Ταυτόχρονα, η σπηλαίωση μπορεί επίσης να διεγείρει τη δόνηση και η κύρια συχνότητα δόνησης που δημιουργείται από τη σπηλαίωση είναι γενικά γύρω στο 1 kHz.
Η σπηλαίωση δεν χαρακτηρίζεται μόνο από υψηλά επίπεδα θορύβου, αλλά και από δείκτες δόνησης όπως η ανεπαρκής ακαμψία της βάσης της αντλίας και η κακή στήριξη του αγωγού, που μπορεί να προκαλέσει δομικό συντονισμό. Μετά την εγκατάσταση της αντλίας, η βάση γεμίζει με σκυρόδεμα, και η ακαμψία στήριξης του αγωγού είναι επαρκής, η οποία γενικά δεν προκαλεί ισχυρά φαινόμενα δόνησης. Ωστόσο, μέσω της μέτρησης κραδασμών στο σώμα της αντλίας, κυριαρχεί η συνιστώσα υψηλής-συχνότητας της συχνότητας δόνησης που δημιουργείται από τη σπηλαίωση και η τιμή επιτάχυνσης της δόνησης είναι υψηλότερη από τη μετατόπιση και την ταχύτητα δόνησης.
3. Κοινά μέτρα για τη βελτίωση της απόδοσης της σπηλαίωσης
(1) Μέτρα για τη βελτίωση της απόδοσης κατά της σπηλαίωσης των ίδιων των φυγοκεντρικών αντλιών
1) Βελτιώστε τη σχεδίαση της θύρας αναρρόφησης της αντλίας
Τρίβοντας την πτερωτή, η περιοχή ροής μπορεί να αυξηθεί.
Αυξήστε την ακτίνα καμπυλότητας του τμήματος εισόδου της πλάκας καλύμματος της πτερωτής για να μειώσετε την ταχεία επιτάχυνση και πτώση πίεσης της ροής του υγρού.
Μειώστε το πάχος της εισόδου της λεπίδας κατάλληλα και στρογγυλοποιήστε την είσοδο της λεπίδας (γυαλίστε την κεφαλή της λεπίδας, ακονίστε την για να μειώσετε την απώλεια πρόσκρουσης της εισόδου και να μειώσετε την ευαισθησία της γωνίας εισόδου, και το απαραίτητο περιθώριο σπηλαίωσης μπορεί να μειωθεί κατά περίπου 0,5 μέτρα), κάνοντάς το να πλησιάζει σε ένα σχήμα εξορθολογισμού και επίσης μειώνοντας την πτώση της κεφαλής επιτάχυνσης και πίεσης.
Βελτιώστε την ομαλότητα της επιφάνειας της πτερωτής και της εισόδου της λεπίδας για να μειώσετε την απώλεια αντίστασης.
Επεκτείνετε το άκρο εισόδου της λεπίδας προς την είσοδο της πτερωτής για να επιτρέψετε στη ροή του υγρού να δέχεται εργασία εκ των προτέρων και να αυξήσει την πίεση.
2) Προσθέστε έναν μπροστινό επαγωγικό τροχό
Κάντε τη ροή του υγρού να λειτουργεί εκ των προτέρων στον μπροστινό επαγωγικό τροχό για να αυξήσετε την πίεση ροής υγρού (αυτό το σχήμα απαιτεί δομικές αλλαγές και επαναβαθμονόμηση διαφόρων παραμέτρων σχεδιασμού).
3) Υιοθέτηση πτερωτή διπλής αναρρόφησης
Αυξήστε την περιοχή εισόδου της πτερωτής και μειώστε τον ρυθμό ροής του υγρού εισόδου (μείωση του ρυθμού ροής και αύξηση της πίεσης).
4) Χρησιμοποιώντας μια ελαφρώς μεγαλύτερη θετική γωνία επίθεσης
Για να αυξήσετε τη γωνία εισόδου της λεπίδας, μειώστε την κάμψη στην είσοδο της λεπίδας, ελαχιστοποιήστε το μπλοκάρισμα της λεπίδας και αυξήστε έτσι την περιοχή εισόδου.
Βελτιώστε τις συνθήκες εργασίας σε συνθήκες υψηλής ροής για να μειώσετε τις απώλειες ροής. Αλλά η θετική γωνία επίθεσης δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη, διαφορετικά θα επηρεάσει την αποτελεσματικότητα.
5) Χρήση αντλίας χαμηλής-ταχύτητας
Όσο χαμηλότερη είναι η ταχύτητα περιστροφής, τόσο μικρότερο είναι το NPSHr.
6) Χρήση υλικών κατά της σπηλαίωσης
Η πρακτική έχει αποδείξει ότι όσο υψηλότερη είναι η αντοχή, η σκληρότητα και η σκληρότητα ενός υλικού, τόσο καλύτερη είναι η χημική του σταθερότητα και τόσο ισχυρότερη είναι η αντοχή του στη σπηλαίωση.
(2) Μέτρα για την αύξηση του περιθωρίου σπηλαίωσης της συσκευής
1) Αυξήστε την πίεση της στάθμης του υγρού στη δεξαμενή αποθήκευσης πριν από την αντλία για να βελτιώσετε το αποτελεσματικό όριο σπηλαίωσης.
2) Μειώστε το ύψος εγκατάστασης της αντλίας στη συσκευή αναρρόφησης, ειδικά όταν μεταφέρετε ζεστό νερό ως μέσο, και λάβετε υπόψη τη σχέση μεταξύ του ύψους αναρρόφησης και της θερμοκρασίας του μέσου.
3) Αντικαταστήστε τη συσκευή αναρρόφησης με μια συσκευή αντίστροφης ροής.
4) Μειώστε την απώλεια ροής στον αγωγό αναρρόφησης πριν από την αντλία. Εάν είναι δυνατόν, κοντύνετε τη σωλήνωση εντός του απαιτούμενου εύρους, χρησιμοποιήστε την κατάλληλη διάμετρο του αγωγού αναρρόφησης και την περιοχή φιλτραρίσματος του φίλτρου (εάν υπάρχει) για να μειώσετε τον ρυθμό ροής στον αγωγό, να μειώσετε τον αριθμό των στροφών και των βαλβίδων και να αυξήσετε το άνοιγμα της βαλβίδας όσο το δυνατόν περισσότερο.
5) Εάν η σπηλαίωση του διακένου είναι σοβαρή, μπορεί να υιοθετηθεί η μέθοδος διάνοιξης οπών ισορροπίας στην πτερωτή για να μειωθεί ο ρυθμός ροής διαρροής και να μετριαστεί ο βαθμός σπηλαίωσης. Οι οπές ισορροπίας στα πτερύγια έχουν καταστροφική και παρεμποδιστική επίδραση στη ροή του υγρού που εγχύεται στην είσοδο της πτερωτής. Η περιοχή των οπών εξισορρόπησης δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 5 φορές την περιοχή διάκενου του δακτυλίου στεγανοποίησης για να μειωθεί ο ρυθμός ροής διαρροής, μειώνοντας έτσι την επίδραση στην κύρια ροή υγρού και βελτιώνοντας την ικανότητα της αντλίας κατά της σπηλαίωσης.
6) Η εμπειρία έχει δείξει ότι ξεκινώντας από τον μηχανισμό της σπηλαίωσης, η συμπλήρωση κατάλληλης ποσότητας αερίου στη θύρα αναρρόφησης μπορεί να διαταράξει τις συνθήκες για την εμφάνιση σπηλαίωσης. Ωστόσο, η χρήση αναπλήρωσης αέρα για την πρόληψη της σπηλαίωσης της αντλίας είναι εξαιρετικά τεχνική και μόνο με τον κατάλληλο όγκο, τοποθεσία και μέθοδο αναπλήρωσης αέρα μπορούν να επιτευχθούν καλά αποτελέσματα. Διαφορετικά, θα προκαλέσει σημαντική μείωση του ρυθμού ροής, της κεφαλής και της απόδοσης της αντλίας, ακόμη και θα οδηγήσει σε διακοπή ροής και δυσμενείς συνέπειες κατά τη λειτουργία.
Λαμβάνοντας υπόψη τη δυσκολία στον έλεγχο της κατάλληλης ποσότητας παροχής αέρα και την ακριβή μέτρηση, σε συνδυασμό με την πρακτική του συγγραφέα, συνιστάται η χρήση μιας βελόνας βαλβίδας που μπορεί να ρυθμίσει τον ρυθμό ροής για τη βαλβίδα παροχής αέρα. Κατά τη-ρύθμιση στο χώρο, ο θόρυβος σπηλαίωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάκριση: ρυθμίστε την ένταση εισαγωγής μέσω της βελονοβαλβίδας έως ότου ελαχιστοποιηθεί ο θόρυβος σπηλαίωσης (μερικά συστήματα μπορούν να εξαλείψουν εντελώς τον θόρυβο, αλλά ορισμένα συστήματα μπορούν μόνο να μειώσουν τον θόρυβο σπηλαίωσης, όχι να τον εξαλείψουν τελείως), στη συνέχεια ρυθμίστε τη βαλβίδα της βελόνας λίγο προς τα πίσω για να μειώσετε τον όγκο εισαγωγής, παρατηρήστε τη λειτουργία σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας το άνοιγμα της βελονοβαλβίδας. Αυτή η μέθοδος δεν πρέπει ποτέ να χαμηλώνει τον ήχο στο χαμηλότερο επίπεδο! Εάν η πίεση εισόδου είναι θετική όταν η αντλία σταματήσει να λειτουργεί, θα πρέπει να εγκατασταθεί μια βαλβίδα αντεπιστροφής για την αποφυγή διαρροής.
7) Η έρευνα έχει βρει ότι όταν το μέσο περιέχει πτητικά αέρια και στερεά σωματίδια όπως η άμμος, η απόδοση σπηλαίωσης της αντλίας θα μειωθεί. Για να διασφαλιστεί ότι η αντλία δεν παρουσιάζει σπηλαίωση, το ύψος αναρρόφησης της αντλίας θα πρέπει να μειωθεί κατά τουλάχιστον 4,2 μέτρα από το υπολογιζόμενο ύψος του καθαρού νερού. Αυτό αξίζει να δοθεί προσοχή στη δημοτική βιομηχανία.
