Кавитационный запас
Кавитационный запас, удельная скорость всасывания и энергия всасывания
При разработке насосных систем, важно обеспечить отвечающий требованиям кавитационный запас для правильной эксплуатации насоса. Неудовлетворительный кавитационный запас может серьезно ограничить выбор насоса или даже заставить сделать дорогостоящее изменение конструкции системы. С другой стороны, обеспечение завышенного кавитационного запаса может излишне увеличить стоимость системы. Удельная скорость всасывания может оказать помощь в данной ситуации.
Её значение определяется как: 
Где N — скорость насоса (об/мин)
м3/ч — Расход насоса в точке наивысшего КПД на входе рабочего колеса (Для насосов с рабочим колесом двухстороннего всасывания расход делится на два)
NPSH — кавитационный запас насоса в точке наивысшего КПД.
Для данного насоса, удельная скорость всасывания, в общем случае, постоянна — она не меняется, когда меняется скорость насоса. Опыт показывает, что 9000- достаточное значение удельной скорости всасывания. Насос с минимальной удельной скоростью всасывания 9000 полностью годен и не имеет поводов к жестким эксплуатационным ограничениям.
Пример:
Расход 454 м3/ч; напор 183 метра. Какое значение кавитационнго запаса требуется?
Предположим: для напора 180 метров, требуется работа на 3550 об/мин 
Смежная проблема существует при выборе нового насоса в существующих системах, особенно при больших расходах. Удельная скорость всасывания выделит применения, где кавитационный запас может ограничить выбор насоса.
Пример:
Существующая система: Расход 454 м3/ч; напор 183 метра: NPSHa 9 метров. Какова максимальная скорость, при которой насос может работать без превышения кавитационного запаса? 
Для работы насоса на такой скорости требуется редуктор, и на этой скорости насос может не развить требуемый напор. Как минимум, кавитационный запас ограничивает выбор насоса.
Система такая же. Целесообразен ли выбор насоса двухстороннего всасывания? Для насоса двухстороннего всасывания, расход делиться пополам. 
Использование насоса двухстороннего всасывания один из способов обеспечения кавитационного запаса системы.
Количество энергии в перекачиваемой жидкости, которая мгновенно испаряется и затем схлопывается обратно в жидкость в области высокого давления при входе в рабочее колесо, определяет степень шума и/или повреждения от кавитации. Энергия всасывания определяется как: 
Где De= диаметр на входе рабочего колеса (в дюймах)
Sg= Плотность жидкости (1,0 для холодной воды)
Высокая энергия всасывания начинаются от 160х10 6 для насосов с односторонним всасыванием и 120х10 6 для горизонтальных насосов двухстороннего всасывания. Предельно высокая энергия всасывание начинается от 1,5 кратного значения высокой энергии всасывания. Для вычисления диаметр на входе рабочего колеса обычно принимается как 90% от размера всасывающего патрубка, для насосов одностороннего всасывания, и 75% от размера всасывающего патрубка, для насосов двухстороннего всасывания.
Пример:
Удельная скорость всасывания 9000, скорость насоса 3550 об/мин, размер всасывающего патрубка 6 дюймов, плотность 1,0, насос одностороннего всасывания. 
Так как 173х10 6 >160х10 6 , это насос с высокой энергией всасывания.
РАБОТА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА БЕЗ ПРОБЛЕМ С КАВИТАЦИОННЫМ ЗАПАСОМ
Общее
Существует большой количество подробных публикаций о важности значения кавитационного запаса. На практике, однако, ошибки делаются постоянно, с повреждением насоса и даже с выходом из строя в итоге всей системы. Поэтому эти рекомендации предназначены показать, каким образом кавитационный запас системы может быть сделан более подходящим, используя разные параметры, и какие критерии важны при выборе насоса.
NPSH означает допустимый кавитационный запас. Система, в которой, к примеру, холодная вода течет в насос с высоты 1м без перепада давления имеет значение NPSH примерно 11м (не 1м).
NPSH =11 m
A = available
В данном случае, может быть использован только насос со значением NPSHr 10.5м и меньше, в целях безопасности имеется разница 0,5м
NPSH = 10.5 m
R = required
Кавитационный запас системы
Здесь приводится стандартная формула, которая полностью соответствует практике. Использованы последние обозначения в соответствии с DIN 24 260 Часть 1, редакция сентябрь 1986г. 
NPSHA (ранее NPSHavail)в метрах, допустимый кавитационный запас
ρ1 (ранее ρs ) в барах
Избыточное давление во всасывающем патрубке прямо перед насосом (в случае, если давление ниже атмосферного, значение берется со знаком минус)
ρamb (ранее ρB ) в барах абс.
Атмосферное давление (стандартно 1,013 бар абс.)
ρv (ранее ρD ) в барах абс.
Давление насыщенных паров жидкости при рабочей температуре.
ς в кг/дм3
Плотность жидкости при рабочей температуре.
V1 (ранее VS ) в м/с
Скорость перекачиваемой жидкости во всасывающем патрубке.
Эти данные относятся непосредственно к центру всасывающего патрубка. Для упрощения ускорение свободного падения принимается не 9,81 м/с2, а 10,0 м/с2.
 |
| Пример 1 |
Советы для решения проблем с кавитационным запасом.
NPSHr -кавитационный запас износа
Это значение может быть грубо вычислено, но обычно определяется на испытательной установке, на определенной скорости насоса, при определенном диаметре рабочего колеса и при определенной скорости подачи. Значение кавитационного запаса насоса NPSHR определяется уточнением полного напора насоса при различных подпорах на всасывании. С целью получения различных подпоров на всасывании, давление в питающем резервуаре понижается посредством дроссельного устройства. Сочетание этих методов часто используется с целью достижения пониженного давления.
Чем больше разрежение на входе рабочего колеса, тем большая кавитация происходит. Это ослабляет общей напор насоса. Значение, при котором общий напор насоса падает на 3% в результате такой кавитации принято называть значением кавитационного запаса насоса NPSHR.
Необходимы несколько тестов при одной подачи и при разных давлениях во всасывающем патрубке, прежде чем, посредством повторяющихся измерений, вычислений и т.п., определится 3-х процентное падение напора.
Источник
Простыми словами о кавитационном запасе или как не допустить закипания жидкости внутри насоса
Задача по перекачиванию горячих жидкостей, а также вопрос высоты самовсасывания насоса до появления кавитации (закипания) ставится перед нами достаточно часто. Поэтому было принято решение предельно ясно и доходчиво на реальном примере объяснить обозначение терминов, а также физических свойств жидкостей и газов, скрывающихся под иностранными сокращениями HPSHa и NPSHr. Это важно, так как если пренебречь расчётом кавитационного запасом в точке установки насоса, то кавитация неизбежно приведёт к чрезмерному износу и выходу из строя насоса. Такая поломка не является гарантийным случаем и повлечёт к финансовым потерям. Серьёзность обозначена, приступаем!
Начать нужно с того, что практически у каждого насоса есть определённый кавитационный запас — то есть высота столба жидкости, который насос может удерживать, перекачивавая продукт через себя. Данные по кавитационному запасу насоса в той или иной рабочей точке необходимо получить на заводе-изготовителе. Так, в примере, который мы будем рассматривать, насос Argal TMR 16.15, будучи установленным в режиме циркуляции горячей жидкости, работал с давлением 1,5 Бар (данные взяты с манометра на напорной магистрали).
Теперь обратимся к заводскому графику, представленному выше. Мы видим, что при давлении 1,5 Бара (15 метров) пересечение с рабочей кривой производительности происходит в точке 16 м. куб. в час, опуская перпендикуляр от которой до точки пересечения с кривой кавитационного запаса видим пересечение с ней в точке равной 4,3 метра. Что это значит? Это значит, что при работе насоса с давлением напора 1,5 бара (15 метров) его производительность составляет 16 м. куб. в час, а скорости проходящей через него жидкости достаточно для того, чтобы удерживать столб высотой 4,3 метра ниже насоса. То есть если начать поднимать насос вверх над уровнем жидкости, которую он всасывает, то вплоть до высоты 4,3 метра насос жидкость всасывать в себя сможет, а дальше — нет. В качестве слова «кавитационный запас» в данном случае можно использовать более понятное слово разряжение. То самое разряжение, которое создаётся в трубочке, через которую мы с вами втягиваем остатки сока со дна стакана. Ведь чтобы втянуть жидкость со дна стакана нам нужно создать втягивающее усилие, это и есть то самое разряжение, которое создаётся потоком жидкости в насосе. В нашем примере оно равно 4,3 метра (0,43 Бар со знаком минус, потому что разряжение).
Это самое втягивающее усилие (сила разряжения) является величиной, которую необходимо учитывать для нормальной работы насоса, то есть в заводских графиках она носит характер обязательного требования и обозначается в международных стандартах NHPSr (Net Positive Suction Head Requested — требуемое значение подпора на всасывающем патрубке). Это означает, что для работы насоса требуется, чтобы подпор был не более минус 4,3 метра. Более того, по общему правилу для всех динамических центробежных насосов в инструкциях по их эксплуатации содержится требование, что необходимо иметь дополнительный запас к NHPSr насоса равный не менее чем 1 метр. Получаетя 5,3 метра. Запомним эту цифру.
Далее вернёмся на урок физики средней школы, к разделу, связанному с закипанием воды — явлением, связанным с высвобождением из жидкости растворённых в ней газов. В любой жидкости растворено некоторое количество газов, которые удерживаются в ней балансом между давлением этих газов, стремящихся вырваться наружу, и давлением, удерживающим их внутри жидкости. Когда баланс смещается и давление насыщенных паров превышает давление на их удержание внутри жидкости, происходит всем нам известный процесс кипения. Баланс этот можно нарушить или нагревом жидкости, увеличив тем самым давление насышенных паров, или уменьшением внешнего давления, удерживающего газы внутри жидкости. Так, общеизвестен пример со школьной скамьи, что в горах, например, на высоте 6000 метров, вода закипает при температуре 81°С, потому что атмосферное давление на этой высоте равно 353 мм. ртутного столба (0,47 Бар), а не 740 мм. ртутного столба (0,98 Бар), как в привычной нам обстановке средней полосы России. В условиях атмосферного давления 0,47 Бар давление насышенных паров достигает этой отметки и начинается кипение при температуре 81°С.
Далее к нашему рабочему примеру. Насос был установлен на циркуляцию горячей жидкости со дна ёмкости обратно в её верхнюю часть. На манометре перед насосом давление подпора показывало 1,2 Бар — это положительное давление созданное двумя метрами жидкости над насосом. Один Бар — атмосферное и 0,2 Бар — это столб воды. Запомним эту цифру. При таком давлении закипание воды происходит при температуре около 104°С.
Однако! Несмотря на положительный подпор и давление на входе равное 1,2 Бар, вода в насосе начинала закипать с характерным треском и вибрацией при температурах значительно ниже 104°С. И вот почему. В статье мы объяснили происхождение двух основных цифр. Первая — кавитационный запас насоса (разряжение), равное в нашем примере 5,3 метра, с учётом требуемого запаса в 1 метр. Вторая — это подпор (давление) со стороны всасывающей магистрали, равное в нашем примере 1,2 бар (12 метров).
Осталось всего лишь вычесть из подпора 12 метров силу разряжения насоса 5,3 метра, чтобы установить с каким давлением жидкость циркулирует в насосе. Получается 12 минус 5,3 равно 6,7 метра (0,67 бара или 502.54 мм.ртутного столба). При давлении 0,67 бара закипание воды наступает при температуре около 88°С. Несложно посчитать, что при подпоре в 1,1 Бар температура закипания воды в насосе составит 84°С.
Наш пример описывает реальную жизненную ситуацию, когда приобретённые насосы из армированного фторопласта, рассчитанного на перекачивание жидкостей с температурой до 120°С вышли из строя, перекачивая жидкость с температурой в районе 86°С из-за небрежного проектирования гидравлической системы, в ходе которого не были взяты в рассчёт условия, приведшие к кавитации.
Просим Вас быть внимательнее при работе с горячими жидкостями!
О самом явлении кавитации и её последствиях можно почитать в статье на нашем сайте тут:
Если не взрываются пузырьки или чем так опасна кавитация?
Основные типы представленного на сайте насосного оборудования
Надёжность с нами выбрали:
 |  |  |  |  |  |
 |  |  |  |  |  |
 |  |  |  |  |  |
 |  |  |  |  |  |
Авторские права на тексты и изображения сайта защищены законодательством РФ.
Любое копирование и публикация материалов сайта без разрешения собственника запрещены.
ООО «Промышленные насосы»
+7 (495) 580-10-53
работаем с 2010 года
Источник
