Was ist Kavitation? Wie können die Antikavitationsmaßnahmen verbessert werden?

 

• Was ist Kavitation?

Kavitation ist ein schädlicher Zustand, der häufig in Kreiselpumpeneinheiten auftritt. Kavitation kann die Effizienz der Pumpe verringern, Vibrationen und Lärm verursachen und zu schweren Schäden am Laufrad, Pumpengehäuse, der Welle und anderen Innenteilen der Pumpe führen. Kavitation tritt auf, wenn der Flüssigkeitsdruck in der Pumpe unter den Verdampfungsdruck fällt, wodurch sich in Niederdruckbereichen Dampfblasen bilden. Diese Dampfblasen können beim Eintritt in den Hochdruckbereich heftig kollabieren oder „implodieren“. Dies kann zu mechanischen Schäden innerhalb der Pumpe führen, Schwachstellen schaffen, die anfällig für Erosion und Korrosion sind, und die Pumpenleistung beeinträchtigen.

 

Das Verständnis und die Umsetzung von Strategien zur Kavitationsminderung sind für die Aufrechterhaltung der Betriebsintegrität und Lebensdauer von Kreiselpumpen von entscheidender Bedeutung.

 

• Arten der Kavitation in Kreiselpumpen

 

1. Verdampfungskavitation.Auch bekannt als „klassische Kavitation“ oder „Netto-positive-Saugkopf-verfügbare (NPSHa) Kavitation“ ist dies die häufigste Art der Kavitation. Kreiselpumpen erhöhen die Geschwindigkeit der Flüssigkeit, wenn sie durch die Ansaugöffnung des Laufrads strömt. Die Erhöhung der Geschwindigkeit ist gleichbedeutend mit einer Verringerung des Drucks der Flüssigkeit. Die Druckreduzierung kann dazu führen, dass ein Teil der Flüssigkeit kocht (verdampft) und Dampfblasen bildet, die heftig kollabieren und winzige Stoßwellen erzeugen, wenn sie den Hochdruckbereich erreichen.

 

2. Turbulente Kavitation.Komponenten wie Winkelstücke, Ventile und Filter im Rohrleitungssystem sind möglicherweise nicht für die Menge oder Art der gepumpten Flüssigkeit geeignet, was zu Wirbeln, Turbulenzen und Druckunterschieden in der gesamten Flüssigkeit führen kann. Wenn diese Phänomene am Pumpeneinlass auftreten, können sie das Pumpeninnere direkt erodieren oder dazu führen, dass die Flüssigkeit verdampft.

 

3. Blade-Syndrom-Kavitation.Diese Art der Kavitation, auch „Blade-Pass-Syndrom“ genannt, tritt auf, wenn der Laufraddurchmesser zu groß ist oder die Innenbeschichtung des Pumpengehäuses zu dick bzw. der Innendurchmesser des Pumpengehäuses zu klein ist. Eine oder beide dieser Bedingungen führen dazu, dass der Raum (Freiraum) innerhalb des Pumpengehäuses unter ein akzeptables Maß sinkt. Die Verringerung des Spiels im Pumpengehäuse führt zu einer Erhöhung der Flüssigkeitsgeschwindigkeit, was zu einem Druckabfall führt. Der Druckabfall kann dazu führen, dass die Flüssigkeit verdampft und Kavitationsblasen entstehen.

 

4. Interne Rezirkulationskavitation.Wenn eine Pumpe nicht in der Lage ist, Flüssigkeit mit der erforderlichen Durchflussrate zu fördern, führt dies dazu, dass ein Teil oder die gesamte Flüssigkeit um das Laufrad herum zirkuliert. Die rezirkulierte Flüssigkeit strömt durch Bereiche mit niedrigem und hohem Druck, erzeugt Wärme, hohe Geschwindigkeit und bildet Verdampfungsblasen. Eine häufige Ursache für die interne Rezirkulation ist der Betrieb der Pumpe bei geschlossenem Pumpenauslassventil (oder bei niedriger Durchflussrate – Pump Salon Hinweis 1).

 

5. Luftporenkavitation.Durch ein defektes Ventil oder eine lockere Verbindung kann Luft in die Pumpe gesaugt werden. Im Inneren der Pumpe bewegt sich die Luft mit der Flüssigkeit. Durch die Bewegung der Flüssigkeit und der Luft können Blasen entstehen, die „explodieren“, wenn sie dem erhöhten Druck des Pumpenlaufrads ausgesetzt werden.

 

• Welche Gefahren birgt Kavitation?

 

1. Korrosion durchströmter Komponenten:

(1) Aufgrund des hochfrequenten Aufpralls (600–25.000 Hz), der beim Platzen der Blasen entsteht, beträgt der Druck bis zu 49 MPa, was zu mechanischer Erosion auf der Metalloberfläche führt.

 

(2) Da bei der Verdampfung Wärme freigesetzt wird und aufgrund des Batterieeffekts der Temperaturdifferenz eine Hydrolyse auftritt, oxidiert der erzeugte Sauerstoff das Metall und verursacht chemische Korrosion.

 

2. Pumpenleistung lässt nach:

Wenn die Pumpenkavitation auftritt, wird der Energieaustausch im Laufrad gestört und zerstört, und die äußeren Eigenschaften manifestieren sich in einer Abnahme der QH-Kurve, QP und Qn-Kurve. In schweren Fällen wird der Durchfluss in der Pumpe unterbrochen und sie funktioniert nicht.

 

Da bei niedrigen spezifischen Geschwindigkeiten der Strömungskanal zwischen den Schaufeln schmal und lang ist, füllen die Blasen bei Auftreten von Kavitation den gesamten Strömungskanal und die Leistungskurve fällt plötzlich ab.

 

Bei mittleren und hohen spezifischen Geschwindigkeiten ist der Strömungskanal kurz und breit, so dass von der Entstehung der Blasen bis zur Füllung des gesamten Strömungskanals ein Übergangsprozess erforderlich ist. Die entsprechende Leistungskurve beginnt langsam abzufallen und fällt dann ab einem bestimmten Durchfluss stark ab.

 

• Maßnahmen zur Verbesserung des Kavitationsschutzes

 

1. Maßnahmen zur Verbesserung der Antikavitationsleistung der Kreiselpumpe:

(1) Verbessern Sie das strukturelle Design vom Pumpensauganschluss bis zum Laufrad. Vergrößern Sie den Durchflussbereich. Erhöhen Sie den Krümmungsradius des Einlassabschnitts der Laufradabdeckung, um die schnelle Beschleunigung und den Druckabfall des Flüssigkeitsstroms zu verringern. Reduzieren Sie die Dicke des Schaufeleinlasses entsprechend und runden Sie den Schaufeleinlass ab, um ihn der Stromlinienform anzunähern, wodurch auch die Beschleunigung und der Druckabfall der Strömung um den Schaufelkopf verringert werden können. Verbessern Sie die Oberflächenbeschaffenheit des Laufrads und des Schaufeleinlasses, um den Widerstandsverlust zu verringern. Verlängern Sie die Schaufeleinlasskante bis zum Laufradeinlass, damit der Flüssigkeitsstrom vorab Arbeit erhält und den Druck erhöht.

 

(2) Ein vorderer Induktor wird verwendet, um den Flüssigkeitsstrom im vorderen Induktor voranzutreiben und so den Flüssigkeitsströmungsdruck zu erhöhen.

 

(3) Durch die Verwendung eines Doppelsauglaufrads tritt der Flüssigkeitsstrom gleichzeitig von beiden Seiten des Laufrads in das Laufrad ein, sodass der Einlassquerschnitt verdoppelt und die Einlassdurchflussrate halbiert werden kann.

 

(4) Der konstruktive Arbeitszustand nimmt einen etwas größeren positiven Anstellwinkel an, um den Schaufeleinlasswinkel zu vergrößern, die Biegung am Schaufeleinlass zu verringern, die Schaufelblockierung zu reduzieren und die Einlassfläche zu vergrößern; Verbessern Sie die Arbeitsbedingungen bei großem Durchfluss, um Durchflussverluste zu reduzieren. Allerdings sollte der positive Anstellwinkel nicht zu groß sein, da er sonst die Effizienz beeinträchtigt.

 

(5) Kavitationsbeständige Materialien verwenden. Die Praxis zeigt, dass die chemische Stabilität und die Kavitationsbeständigkeit umso besser sind, je höher die Festigkeit, Härte und Zähigkeit des Materials ist.

 

2. Maßnahmen zur Verbesserung des effektiven Kavitationsspielraums der Flüssigkeitseinlassvorrichtung:

(1) Erhöhen Sie den Druck der Flüssigkeitsoberfläche im Flüssigkeitsspeichertank vor der Pumpe, um den effektiven Kavitationsspielraum zu erhöhen.

 

(2) Reduzieren Sie die Einbauhöhe der Sauggerätepumpe.

 

(3) Ändern Sie das Aufwärtssauggerät in ein Rückwärtsbewässerungsgerät.

 

(4) Reduzieren Sie den Durchflussverlust in der Rohrleitung vor der Pumpe, indem Sie beispielsweise die Rohrleitung innerhalb des erforderlichen Bereichs so weit wie möglich verkürzen, die Durchflussrate in der Rohrleitung verringern, die Anzahl der Bögen und Ventile verringern und die Ventilöffnung vergrößern so viel wie möglich.

 

(5) Reduzieren Sie die Temperatur des Arbeitsmediums am Pumpeneinlass (wenn das Fördermedium nahe der Sättigungstemperatur ist).

 

Die oben genannten Maßnahmen können nach einer umfassenden Analyse basierend auf dem Pumpentyp, der Materialauswahl und den Bedingungen am Einsatzort der Pumpe angemessen angewendet werden.