Кавитация в насосах: что за явление и как с ним бороться

Для организации стабильной работы автономной системы водоснабжения нередко приходится использовать дополнительное оборудование помимо системы контроля и функциональной техники. Чтобы обеспечить исправную работу комплексно и локально, необходимо знать о возможных проблемах и способах их предотвращения или устранения. В этой статье нас интересует кавитация насоса: что это такое, к чему приводит и как действовать до и после ее возникновения.

Что такое кавитация насоса простыми словами?

Кавитация насоса – это “кипение” жидкости внутри устройства. То есть в жидкой среде образуются пузырьки воздуха. Разница между фактическим кипением и кавитацией сводится к давлению. В первом случае оно одинаковое у воды и пара, а во втором – у воды выше. Именно это и объясняет резкое схлопывание пузырьков внутри насоса, что способно вывести из строя как отдельные детали, так и само устройство.

Признаки возникновения кавитации в насосе

Если рассматривать общий перечень возможных причин поломки оборудования, то кавитация в центробежных насосах после неправильной центровки вала занимает второе место. А значит способы своевременного выявления признаков протекания пагубного процесса должен знать каждый пользователь. При этом не обязательно разбираться в устройстве, достаточно обычного наблюдения.

Вот, что может указывать на кавитацию:

• наличие пузырьков воздуха в воде – можно наблюдать через прозрачный корпус насоса или через шланг;
• шум от схлопывания пузырьков воздуха – интенсивность зависит от их размера и количества;
• вибрация – возникает в зоне установки насоса и обслуживаемого им оборудования;
• неравномерное снижение напора или отсутствие подачи воды – способ проверки описан ниже;
• неисправная работа насоса – потребляет больше электричества, перегревается или выходит из строя из-за коррозионного повреждения внутренних элементов.

При возникновении кавитационных явлений в насосе необходимо проверить напор в водопроводе с помощью вентиля и смесителя либо фитинга с краном. Нужно постепенно открыть до максимума и закрыть подачу воды. Если напор неравномерно меняется или отсутствует вовсе, то с большой вероятностью внутри прибора протекает процесс кавитации.

Последствия кавитации в насосах

Внутри насоса пузырьки воздуха “взрываются” из-за разницы давления перекачиваемой жидкости в зонах входного и выходного патрубков. Так как на выходе показатель выше, то внутри прибора образуется ударная волна. Это явление приводит к повреждениям деталей устройства и корпуса, так как на подобную нагрузку оборудование не рассчитано.

Ускоренный кавитационный износ комплектующих провоцирует образование засоров, что приводит к таким последствиям, как:

• выход из строя подшипников и клапанов из-за микро-взрывов;
• разгерметизация насоса из-за проблем с уплотнителями;
• снижение производительности из-за разрушения винтовой части;
• повышение энергопотребления из-за необходимой компенсации потерь в производительности;
• разбалансировка из-за вибраций, которые только увеличиваются по причине нарушения баланса внутри насосного оборудования.

Отдельно стоит отметить, что существует зависимость между скоростью вращения рабочего колеса и ухудшением технического состояния насоса при кавитации. Если быстроходность низкая, то прибор быстрее выйдет из строя. С другой стороны – когда процесс распространяется на все сечение канала, любая техника полностью перестает работать.

Неисправности всегда приводят к дополнительным затратам на ремонт или замену прибора. Если своевременно не принять меры по устранению проблем, то повышение счетов на электричество и издержки по обслуживанию насоса могут быть не единственными последствиями кавитации. Неисправная работа насоса также оказывает воздействие и на то оборудование, которое находится в непосредственной близости с ним. Например, технику, в которой установлен насос или датчики контроля водопроводной системы.

Что провоцирует возникновение кавитации при работе насоса?

Главная причина кавитации насоса – в зоне входящего патрубка (“всасывание”) давление воды становится равным или ниже давления насыщенного пара. Тогда начинают появляться пузырьки воздуха, а за этим – негативные последствия, что были прописаны выше.

Далее мы рассмотрим, что может способствовать появлению или поддержанию пагубного для насоса процесса:

• слабое крепление насоса, несоосность валов, отсутствие или неисправность виброизоляции – это приводит к излишней нагрузке на подшипники, что способствует протеканию кавитационного процесса;
• неисправное состояние уплотнительных элементов – разгерметизация линии приводит к насыщению воды воздухом;
• давление – имеется в виду недостаточная и слишком высокая скорость протекания жидкости в зоне входного патрубка насоса;
• температура – значение не должно быть выше номинального в отношении жидкости и окружающей среды;
• качество воды – твердые включения провоцируют образование засоров, а они повышают гидравлическое сопротивление.

Дополнить список можно неправильным выбором места для установки центробежного насоса. Дело в том, что жидкость всасывается не за счет оборудования, а за счет атмосферного давления, которое способно поднимать воду на ограниченную высоту. Излишне высокая точка крепления прибора неизбежно станет причиной сильного падения давления в зоне входного патрубка. А значит, неизбежно возникновение кавитации насоса.

Как минимизировать данное явление

На этапе монтажа водопроводной системы и в процессе установки нового насоса рациональным будет разобраться, что такое кавитация насоса, и сразу предпринять профилактические меры. Это позволит продлить срок службы оборудования и отсрочить или полностью исключить возникновение кавитации. Вот что можно сделать заранее:

• определить кавитационный запас (NPSH) – это показатель минимального давления, при котором техника не будет кавитировать;
• сгладить геометрию проточных контуров – скругленные кромки или плавные переходы с одного сечения на другое;
• снизить гидравлическое сопротивление – проект водопровода должен предусматривать минимизацию сопротивления в зоне “всасывания”;
• правильно выбрать место для установки прибора – не выше поверхности рабочей жидкости;
• применить предвключенные шнеки – они повышают давление на входе в рабочее колесо;
• установить приборы контроля системы – датчики температуры и давления, воздухоотводчики позволят вовремя скорректировать рабочие условия и свести риск возникновения кавитации к минимуму.

Производители насосного оборудования стараются разрабатывать материалы и защитные покрытия, которые дольше будут служить и лучше сопротивляться кавитации. Однако абсолютных результатов до сих пор пока никто не достиг. Поэтому для каждого прибора лаборанты определяют свой кавитационный запас. Выбирая оборудование для автономного водопровода, важно учитывать эту характеристику наряду с базовыми параметрами вроде производительности, мощности и прочего.

Коротко о главном

Кавитация – это явление, при котором в воде образуются пузырьки воздуха из-за разницы давления между входным и выходным патрубками насоса.

Из-за кавитации ускоряется износ и разрушение внутренних деталей и корпуса оборудования. Из-за повышенных вибраций могут пострадать смежные устройства на участке водопровода.

Для профилактики возникновения кавитации нужно грамотно спроектировать систему водоснабжения и расположения насоса, правильно ее эксплуатировать с соблюдением технических нормативов.