Jeśli kiedykolwiek miałeś do czynienia z systemami przenoszenia płynów — niezależnie od tego, czy produkujesz kleje, pracujesz z powłokami, czy obchodzisz się z chemikaliami przemysłowymi — prawdopodobnie słyszałeś termin „kawitacja” i jeśli kiedykolwiek zdarzyło Ci się, że pompa wirnikowa nieoczekiwanie przestała działać lub zauważyłeś dziwny hałas, zmniejszony przepływ, a nawet uszkodzenie części pompy, przyczyną prawie zawsze jest kawitacja. Wyjaśnijmy to prostymi słowami, bez sztampowego żargonu inżynieryjnego, od którego szklą się oczy, zwłaszcza że jesteśmy producentami pomp wirnikowych (dostarczamy te pompy od lat, więc widzieliśmy, że kawitacja zabija zbyt wiele przebiegów i marnuje zdecydowanie za dużo produktu).
Najpierw coJestkawitacja, dokładnie? Mówiąc prościej, dzieje się tak, gdy niskie ciśnienie w płynie spada poniżej ciśnienia pary tego płynu, w wyniku czego w cieczy tworzą się maleńkie pęcherzyki (zwane wnękami lub pustkami pary). Następnie, gdy pęcherzyki zostaną przeniesione do części pompy, w której panuje wyższe ciśnienie, zapadają sięSuperszybko – jak mikrosekunda szybko. To załamanie powoduje falę uderzeniową przepływającą przez płyn i części pompy, a z czasem powodują wżery, hałas i uszkodzenia elementów wewnętrznych pompy. Jest to szczególnie uciążliwe w przypadku pomp wirnikowych, ponieważ przemieszczanie płynu opiera się na małych luzach między obracającymi się częściami (takimi jak koła zębate, wirniki lub płaty), więc kawitacja może zepsuć te prześwity szybciej niż cokolwiek innego.
Poczekaj, spójrzmy na to, jak faktycznie działa pompa wirnikowa, ponieważ nie można zrozumieć kawitacji bez znajomości podstaw działania pompy. Pompa wirnikowa (nawiasem mówiąc, sprzedajemy ich mnóstwo — sprawdź naszepompa zębata wirnika o wysokiej precyzjido wszystkich typowych zastosowań przemysłowych) wykorzystuje jeden lub więcej elementów obrotowych (takich jak dwa zazębiające się koła zębate w pompie zębatej lub pojedynczy wirnik z krzywkami), aby utworzyć strefę niskiego ciśnienia po stronie wlotowej pompy. To niskie ciśnienie wciąga płyn do komory ssącej pompy, następnie obracające się części przenoszą ten płyn wokół obudowy na stronę wylotową, gdzie ciśnienie jest wyższe, w związku z czym płyn jest wypychany do linii technologicznej.
Zatem ciśnienie wlotowe jest tutaj kluczowe. Jeśli ciśnienie wlotowe jest zbyt niskie lub jeśli natężenie przepływu pompy jest wyższe niż ilość płynu, który może wystarczająco szybko dotrzeć do wlotu, wówczas powstaje niskie ciśnienie powodujące kawitację. Podajmy przykład, który można łatwo powiązać — jeśli spróbujesz zbyt szybko wypić koktajl mleczny przez bardzo cienką słomkę, pociągniesz tak mocno, że wytworzy się próżnia, a słomka lekko się zgniecie lub zasysasz powietrze, prawda? To samo dotyczy pompy wirnikowej: jeśli przewód ssący jest za mały lub jest zagięty, do wlotu przedostaje się powietrze lub płyn jest zbyt lepki (gęsty, jak klej lub syrop), pompa nie jest w stanie wciągnąć wystarczającej ilości płynu do wlotu, co powoduje spadek ciśnienia i powstawanie pęcherzyków.
A teraz dlaczego kawitacja jest taka zła?swoiściedo pomp wirnikowych, a nie, powiedzmy, pompy odśrodkowej? Ponieważ pompy odśrodkowe tłoczą płyn za pomocą wirnika, który obraca się i wyrzuca płyn na zewnątrz, więc mają różną dynamikę ciśnienia, ale pompy wirnikowe pracują z mniejszymi luzami (na przykład szczelności rzędu tysięcznych cala, aby zapobiec wyciekaniu płynu). Kiedy te pęcherzyki kawitacyjne zapadają się dokładnie w tak małych odstępach, fala uderzeniowa nie tylko uszkadza płyn, ale przypomina wielokrotne uderzanie małymi młoteczkami w zęby przekładni lub płaty wirnika. Zaczniesz widzieć wżery (małe wgniecenia przypominające krater) na metalowych częściach, co jeszcze bardziej zwiększa te prześwity, przez co pompa traci przepływ i ciśnienie. W końcu pompa może się zatrzeć lub do płynu dostaną się metalowe opiłki, co zrujnuje wszystko, co robisz (widzieliśmy, że tak się dzieje w przypadku naszychUniwersalna pompa jednoskładnikowego kleju poliuretanowego— klej zostaje zanieczyszczony metalem, co powoduje całkowite zatrzymanie produkcji).
Kawitacja powoduje również bardzo zauważalny objaw: hałas. Jeśli pompa wirnikowa pracuje głośno – o wiele głośniej niż normalnie, niski szum – prawie na pewno występuje kawitacja. Niektórzy myślą, że głośny hałas to po prostu ciężka praca pompy, ale w rzeczywistości jest to zapadanie się pęcherzyków, czyli ten ostry, trzaskający dźwięk, który słychać. Kolejną oznaką jest zmniejszone natężenie przepływu — jeśli pompa tłoczyła 10 galonów na minutę, a teraz porusza się tylko z prędkością 7 galonów, nawet jeśli nie zmieniłeś ustawień procesu, kawitacja zmniejsza zdolność pompy do tłoczenia cieczy. A jeśli później otworzysz pompę, zobaczysz te ząbkowane koła zębate lub wirniki, co jest martwym prezentem.
Co konkretnie powoduje kawitację w pompach wirnikowych? Wymieńmy tych, których codziennie widzimy jako dostawców, abyś mógł ich zauważyć, zanim zaburzy to Twój proces. Po pierwsze, niewystarczające NPSH (dodatnia wysokość ssania netto). NPSH to zasadniczo wartość ciśnienia na wlocie pompy powyżej ciśnienia pary cieczy. Jeśli NPSH jest zbyt niskie, następuje kawitacja. Na przykład, jeśli montujesz pompę nad zbiornikiem płynu (wysokość ssania), tworzy się podciśnienie na wlocie — więc jeśli zbiornik znajduje się poniżej pompy, jest to lepsze, ponieważ grawitacja wypycha płyn do wlotu, zwiększając NPSH. Po drugie, wysoka lepkość płynu. Gęste płyny (takie jak szkło do gorącej wody lub ciężkie kleje) nie przepływają tak łatwo, więc nie mogą dotrzeć do wlotu wystarczająco szybko, aby sprostać zapotrzebowaniu pompy. Właściwie to klienci przychodzili do nas, ponieważ ichWysokiej jakości uniwersalna pompa dozująca ze szkła wodnegokawitowała i okazało się, że pracowali przy natężeniu przepływu, które było o wiele za wysokie w stosunku do lepkości szkła wodnego — wystarczyło tylko trochę zwolnić pompę lub zastosować większy przewód wlotowy. Po trzecie, wycieki powietrza w przewodzie ssawnym. Jeśli w rurze ssącej znajduje się mały otwór, zasysane jest powietrze, co powoduje powstanie niskiego ciśnienia i pęcherzyków pary. Po czwarte, uruchomienie pompy ze zbyt dużą prędkością. Pompy wirnikowe są dobrane na określone natężenie przepływu przy określonych obrotach na minutę — jeśli obracasz je szybciej, wymaga to więcej płynu, więc wlot nie nadąża. Po piąte, zatkane przewody ssące lub filtry. Jeśli wlot jest zablokowany, płyn nie może przedostać się do środka, co powoduje spadek ciśnienia.
Czekaj, porozmawiajmy o czymniepowodować kawitację, tylko po to, aby wyjaśnić zamieszanie. Zwykle nie jest to ciśnienie wylotowe — chyba że wylot jest całkowicie zablokowany, co stanowi inny problem (to jest zagłuszanie pompy, co jest złe, ale nie kawitacja). Kawitacja jest prawie zawsze problemem po stronie wlotu, ponieważ tam występuje niskie ciśnienie. To częsty błąd popełniany przez nowych operatorów — sprawdzają ciśnienie wylotowe, gdy w pompie występuje kawitacja, ale naprawa prawie zawsze następuje po stronie ssącej.
A teraz dobra wiadomość: kawitację można naprawić i istnieją sposoby, aby jej zapobiec w pompach wirnikowych. Przyjrzyjmy się rozwiązaniom, które polecamy naszym klientom, gdyż współpracujemy z wszelkiego rodzaju gałęziami przemysłu, które korzystają z pomp wirnikowych. Najpierw zoptymalizuj NPSH. Oznacza to zamontowanie pompy poniżej zbiornika płynu (wykorzystując grawitację do zasilania wlotu), użycie większego przewodu ssawnego w celu zmniejszenia oporów przepływu i upewnienie się, że filtr na wlocie nie jest zbyt mały lub zatkany. Po drugie, dopasuj pompę do lepkości płynu. Jeśli pracujesz z gęstym płynem, takim jak szkło wodne lub klej o dużej lepkości, nie używaj pompy przeznaczonej do rzadkich płynów — produkujemy pompy dla różnych lepkości, w tym naszą wysokiej jakości pompę dozującą ze stali konstrukcyjnej ze stali węglowej do żywicy furanowej, która jest zbudowana tak, aby tłoczyć grubsze, bardziej ścierne płyny bez kawitacji. Po trzecie, dostosuj prędkość pompy. Jeśli kawitujesz przy określonych obrotach, zwolnij – obecnie większość pomp wirnikowych ma zmienną prędkość, więc jest to łatwe rozwiązanie. Po czwarte, odpowietrz powietrze z przewodu ssawnego lub samej pompy. Niektóre pompy są wyposażone w zawór odpowietrzający umożliwiający ucieczkę uwięzionego powietrza, co naprawia nieszczelności powietrza powodujące niskie ciśnienie. Po piąte, wybierz odpowiedni typ pompy. Do zastosowań o niskim przepływie nasza zewnętrzna pompa dozująca z małą przekładnią jest idealna, ponieważ jest dostosowana do mniejszych przepływów, więc nie wymaga tak dużej ilości płynu z wlotu, co zmniejsza ryzyko kawitacji.
Wielu klientów zgłaszało się do nas sfrustrowanych z powodu kawitacji w ich pompie wirnikowej, a po szybkim sprawdzeniu przewodu wlotowego, dostosowaniu obrotów lub wybraniu odpowiedniej pompy do danego płynu problem zniknął. Na przykład w zeszłym miesiącu klient z branży klejów miał problemy ze swoimi produktamiUniwersalna pompa jednoskładnikowego kleju poliuretanowegokawitacja podczas serii o wysokiej produkcji. Uruchamiali pompę na pełnych obrotach z 1-calowym przewodem ssącym, a klej był dość lepki. Zasugerowaliśmy przejście na przewód ssący o średnicy 1,25 cala i spowolnienie pompy o 20%, a oni powiedzieli, że przepływ wrócił do normy, nie było już hałasu i nie było już wżerów na zębatkach. Z czymś takim stale się spotykamy – kawitację można naprawić, trzeba tylko poznać pierwotną przyczynę.
Rozprawmy się też z mitem: niektórzy uważają, że kawitacja jest problemem tylko w przypadku pomp wysokociśnieniowych, ale to nieprawda. Nawet niskociśnieniowe pompy wirnikowe mogą powodować kawitację, jeśli wlot nie jest prawidłowo ustawiony. Na przykład, jeśli pompujesz wodę ze zbiornika znajdującego się 3 metry poniżej pompy, jest to dobre NPSH, ale jeśli masz załamanie na linii ssawnej, które zwiększa opór, obniża to rzeczywiste NPSH, co prowadzi do kawitacji, mimo że ciśnienie wylotowe wynosi tylko 50 PSI.
Warto zwrócić uwagę na jeszcze jedną rzecz: kawitacja szkodzi nie tylko pompie, ale także produktowi. Jeśli pęcherzyki zapadną się w płynie, mogą spowodować pienienie, nierówny przepływ, a nawet zniszczenie wrażliwych materiałów, szczególnie w zastosowaniach pomiarowych, gdzie liczy się dokładne natężenie przepływu (np. w przemyśle chemicznym lub spożywczym). Na przykład podczas dozowania kleju kawitacja może prowadzić do nierównej wielkości ściegu, co niszczy gotowy produkt. Dlatego ważny jest wybór precyzyjnej pompy wirnikowej — nasza wysoce precyzyjna pompa zębata wirnikowa została zaprojektowana tak, aby minimalizować wahania ciśnienia na wlocie, dzięki czemu ryzyko kawitacji jest znacznie mniejsze, nawet w przypadku trudnych płynów.
Podsumowując, kawitacja w pompach wirnikowych jest wynikiem niskiego ciśnienia wlotowego powodującego pęcherzyki pary, które gwałtownie zapadają się, uszkadzając części pompy, zmniejszając przepływ i rujnując proces. Jest to częsty problem, ale można go całkowicie uniknąć i naprawić dzięki odpowiedniej konfiguracji, doborowi pompy i drobnym modyfikacjom systemu.
Jeśli masz do czynienia z kawitacją w pompie wirnikowej — niezależnie od tego, czy pompujesz klej poliuretanowy, szkło wodne, żywicę furanową czy jakikolwiek inny płyn — i chcesz wyciszyć hałas, naprawić przepływ i utrzymać pracę pompy, jesteśmy tutaj, aby Ci pomóc. Specjalizujemy się w dostarczaniu wysokiej jakości pomp wirnikowych do wszelkiego rodzaju zastosowań przemysłowych i możemy pomóc Ci wybrać odpowiednią pompę, dostosować system lub rozwiązać wszelkie problemy z kawitacją. Po prostu skontaktuj się z naszym zespołem, aby omówić swoje potrzeby i znaleźć idealne rozwiązanie.
Referencje
- Podręcznik pompy (wydanie 4), Karassik, IJ i in., McGraw-Hill, 2008
- Podręcznik dotyczący płynów przemysłowych, Esposito, AS, Delmar Cengage Learning, 2010
- Pompy odśrodkowe i rotacyjne: zasady i zastosowania , Garay, LN, CRC Press, 2006
- Materiały z Międzynarodowego Sympozjum Użytkowników Pomp 2021, Instytut Hydrauliki, 2021
- Ciśnienie pary cieczy i kawitacja, dokument techniczny TP-15, Amerykańskie Stowarzyszenie Producentów Przekładni, 2019
