Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Кавитация -- процесс образования, роста и схлопывания паровых пузырьков (каверн) в потоке жидкости при локальном падении давления ниже давления насыщенных паров при данной температуре. В центробежных насосах кавитация развивается на входных кромках лопастей рабочего колеса, где поток ускоряется и давление достигает минимума.
Последствия кавитации: эрозионное разрушение лопастей рабочего колеса и элементов проточной части; снижение напора и КПД насоса (до полного срыва подачи); повышенный шум и вибрация; сокращение ресурса уплотнений и подшипников. Для предотвращения кавитации необходимо обеспечить достаточный кавитационный запас -- NPSH (Net Positive Suction Head).
NPSH (Net Positive Suction Head, чистый положительный подпор на всасывании) -- разность между полным давлением жидкости на входе в насос (приведённым к оси входного патрубка) и давлением насыщенных паров этой жидкости при рабочей температуре, выраженная в метрах столба жидкости.
где:
Открытый бак, насос ниже уровня жидкости (подпор):
Герметичный резервуар под давлением насыщенных паров (деаэратор, конденсатосборник):
В этом случае единственный источник NPSH -- геометрический подпор за вычетом потерь. Отсюда критическая важность высоты установки деаэратора над питательным насосом котла.
Давление насыщенных паров -- ключевой параметр в расчёте NPSH. С ростом температуры давление паров увеличивается экспоненциально, что резко снижает располагаемый NPSHa.
* Максимальная теоретическая высота всасывания при атмосферном давлении 101,3 кПа без учёта потерь на трение и запаса NPSH. Фактическая допустимая высота всасывания значительно ниже.
При перекачке горячей воды (системы отопления, питательные насосы котлов, конденсатные системы) давление насыщенных паров приближается к давлению в системе, что критически снижает NPSHa. При 100 °C и атмосферном давлении NPSHa = 0 (без учёта подпора). При температурах выше 100 °C работа возможна только с подпором от вышерасположенного аппарата.
NPSHa = zs - hf = 8 - 1,2 = 6,8 м
Если NPSHr насоса = 4,5 м, запас = 6,8 - 4,5 = 2,3 м -- условие выполнено.
При перекачке углеводородных жидкостей (нефть, бензин, дизельное топливо, сжиженные газы) расчёт NPSH имеет ряд особенностей. Нефтепродукты -- многокомпонентные смеси, кавитация в которых протекает иначе, чем в однокомпонентных жидкостях (вода).
Для углеводородных жидкостей при повышенных температурах существует термодинамический эффект снижения требуемого NPSH. При образовании первых кавитационных каверн температура жидкости в области каверны локально снижается (энергия расходуется на парообразование), что подавляет дальнейший рост кавитации. Стандарт API 610 допускает применение поправки по NPSH для углеводородов при температуре перекачки выше 50 °C, однако снижение NPSHr не должно превышать 50% от значения для холодной воды.
NPSH3% -- это не безопасная рабочая граница, а лишь критерий, при котором кавитация уже развивается (с падением напора на 3%). Для надёжной эксплуатации необходим запас.
Расчёт:
pv (20 °C) = 2,34 кПа; ρ = 998 кг/м3
NPSHa = (101,3 - 2,34) · 1000 / (998 · 9,81) + 3 - 1,5
NPSHa = 98 960 / 9 790 + 1,5 = 10,1 + 1,5 = 11,6 м
При NPSHr насоса = 3,5 м, запас = 11,6 - 3,5 = 8,1 м -- условие выполнено с большим запасом.
pv (80 °C) = 47,4 кПа; ρ = 972 кг/м3
NPSHa = (250 - 47,4) · 1000 / (972 · 9,81) + 2 - 0,8
NPSHa = 202 600 / 9 535 + 1,2 = 21,2 + 1,2 = 22,4 м
Высокое давление в баке компенсирует давление паров -- запас достаточный.
NPSHa = (101,3 - 0,6) · 1000 / (840 · 9,81) + (-4) - 1,2
NPSHa = 100 700 / 8 240 - 5,2 = 12,2 - 5,2 = 7,0 м
При NPSHr = 2,5 м, запас = 7,0 - 2,5 = 4,5 м -- условие выполнено.
NPSH -- это "запас давления" на входе в насос, который не позволяет жидкости закипеть внутри рабочего колеса. Если давление жидкости падает ниже давления её паров при данной температуре -- образуются пузырьки пара (кавитация), которые разрушают насос. NPSH показывает, насколько фактическое давление превышает давление кипения.
NPSHr -- минимальный кавитационный запас, необходимый данному насосу для работы. NPSHa -- то, что обеспечивает трубопроводная система. Если NPSHa < NPSHr, давление на входных кромках лопастей рабочего колеса опустится ниже давления насыщенных паров, и начнётся кавитация. Для надёжной работы NPSHa должен превышать NPSHr с запасом 0,5-2 м (или 10-50% в зависимости от стандарта).
NPSH3% -- стандартный критерий определения требуемого NPSHr по ГОСТ 6134-2022 и ISO 9906:2012. Это значение NPSH, при котором напор насоса снижается на 3% от бескавитационного. При NPSH3% кавитация уже происходит -- это не безопасная точка, а граница измеримого влияния кавитации. Для реальной эксплуатации необходим запас сверх NPSH3%.
С ростом температуры давление насыщенных паров жидкости возрастает экспоненциально. Для воды при 20 °C pv = 2,3 кПа, при 60 °C -- 19,9 кПа, при 80 °C -- 47,4 кПа, при 100 °C -- 101,3 кПа. Чем выше pv, тем меньше NPSHa при прочих равных. При 100 °C и атмосферном давлении NPSHa обращается в ноль -- всасывание невозможно, необходим подпор.
API 610 (12th ed.) требует, чтобы NPSHa системы превышал NPSHr насоса на не менее чем 0,9 м или составлял не менее 1,3 · NPSHr -- применяется большее из двух значений. Это один из наиболее жёстких отраслевых критериев, обусловленный высокой ответственностью применения (нефтегазовая, нефтехимическая промышленность).
Бустерный насос устанавливается перед основным насосом для создания дополнительного давления на входе. Применяется, когда NPSHr основного насоса превышает располагаемый NPSHa системы. Типичные применения: питательные насосы мощных котлов и ТЭС, перекачка сжиженных газов (СПГ), перекачка жидкостей при температуре, близкой к точке кипения.
NPSHr зависит от конструкции рабочего колеса (диаметр входного глазка, форма лопастей, число лопастей), частоты вращения и подачи. Точное значение определяется только испытаниями по ГОСТ 6134-2022 / ISO 9906. Для предварительных оценок можно использовать эмпирическую формулу Ломакина: NPSHr ≈ C · (n · Q0,5)4/3, где C -- конструктивная константа (0,0014-0,002 в системе СИ), n -- частота вращения (об/с), Q -- подача (м3/с). Однако для окончательного проектирования необходимо использовать данные производителя.
С увеличением высоты над уровнем моря атмосферное давление снижается (примерно на 1,2 кПа на каждые 100 м). Это уменьшает NPSHa. На уровне моря pатм = 101,3 кПа, на высоте 1000 м -- около 89 кПа, на 2000 м -- около 79 кПа. Снижение pатм на 12 кПа эквивалентно уменьшению NPSHa примерно на 1,2 м. Это обязательно учитывается при проектировании насосных установок в горной местности.
Характерные признаки: треск, хлопки или "звук перекатывания гравия" со стороны всасывания; повышенная вибрация; нестабильность (пульсация) давления на нагнетании; снижение подачи и напора; повышенный ток электродвигателя с одновременным снижением напора. При обнаружении признаков кавитации необходимо немедленно снизить подачу (прикрыть задвижку на нагнетании) и выявить причину -- недостаточный подпор, засорение всасывающего фильтра, повышение температуры или снижение уровня жидкости.
Данная статья носит исключительно информационно-справочный характер и не является проектной документацией или руководством по подбору и эксплуатации насосного оборудования. Приведённые формулы, таблицы и примеры расчётов являются справочными и могут не учитывать все факторы конкретного применения.
При проектировании насосных установок необходимо руководствоваться действующими стандартами (ГОСТ, ISO, API), технической документацией производителя насосного оборудования и привлекать квалифицированных инженеров. Автор и редакция не несут ответственности за последствия применения изложенной информации без надлежащей инженерной проработки и проверки по первоисточникам.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.