Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Kawitacja w pompach wirowych

Uszkodzenie spowodowane zjawiskiem kawitacji
Uszkodzenie spowodowane zjawiskiem kawitacji
Klaus Bärbel

Na temat kawitacji w pompach ukazało się już wiele publikacji, także w języku polskim. Poglądowy artykuł na ten temat został zamieszczony w nr. 11/2009 „Rynku Instalacyjnego” (M. Adamski, Kawitacja – lekceważone zjawisko). Istnieją jednak zagadnienia, które wciąż budzą wątpliwości użytkowników pomp, m.in. definicje poszczególnych nadwyżek antykawitacyjnych i relacji między nimi oraz kawitacyjnego wyróżnika szybkobieżności. Normy i inne publikacje międzynarodowe [1], [2] nie rozwiewają niestety tych wątpliwości. Autor porządkuje pojęcia i najważniejsze definicje oraz podaje poprawne, stosowane obecnie oznaczenia poszczególnych wielkości, mając nadzieję, że zlikwiduje to pewien chaos pojęciowy u użytkowników pomp.

Czym jest kawitacja

Kawitacja może wystąpić wszędzie tam, gdzie w przepływającej cieczy nastąpi – z dowolnej przyczyny – spadek ciśnienia do wartości zbliżonej (równej lub nawet nieco mniejszej) do ciśnienia parowania (nasycenia, saturacji) pv1) w danej temperaturze. Może to być pompa, turbina wodna, ale także zawór lub inny element rurociągu, np. zwężka (rys. 1). W miejscu, gdzie p ≡ pv, tworząsię pęcherzyki parowo-gazowe, które następnie gwałtownie zanikają wskutek kondensacji pary w innym miejscu, gdzie ciśnienie jest już wyższe (Czytaj więcej na ten temat). Zanikanie ma charakter implozji (kolapsu) trwającej mniej niż 10–3 s, na skutek czego powstają lokalne wzrosty ciśnienia rzędu nawet kilkuset megapaskali. Towarzyszą temu hałas, drgania oraz niszczenie materiału ścianki, na której pęcherzyk uległ implozji, tzw. erozja kawitacyjna. Ze względu na negatywne skutki kawitacji wskazane jest jej unikanie (poza rzadkimi, szczególnymi przypadkami).

Przyczyny i skutki kawitacji w pompach

Na rys. 2 przedstawiono schematycznie obszar dopływowy pompy pracującej ze ssaniem: geometryczna wysokość ssania jest tu dodatnia (Hzs > 0). Zarówno w tym, jak i w każdym innym przypadku, także pompy pracującej z napływem (Hzn = –Hzs > 0), ciśnienie w rurociągu ssawnym zmniejsza się od wartości p = pd w zbiorniku dopływowym do wartości p = ps = pd – Δps – ρg (Hzs + cs 2/2g) w króćcu ssawnym (punkt A) i maleje dalej aż do wlotu na łopatkę wirnika (punkt B), gdzie ma miejsce spadek ciśnienia zwany depresją dynamiczną. Dopiero dalej, w wyniku przekazywania cieczy energii przez łopatki, ciśnienie rośnie.

W pewnych warunkach, na przykład wskutek zbyt dużej geometrycznej wysokości ssania Hzs (lub zbyt małej wysokości napływu Hzn) i/lub zbyt dużych oporów przepływu w rurociągu ssawnym2), na wlocie wirnika ciśnienie może spaść do wartości p ≡ pv, co oznacza początek kawitacji i wspomniane negatywne jej skutki, z których najpoważniejszym jest uszkodzenie wirnika (wżery, perforacja łopatek lub tarcz) w wyniku erozji kawitacyjnej.

Powietrzna pompa ciepła o niskich kosztach eksploatacji! Poznaj szczegóły »
ekoelogiczna pompa ciepla


Właściwości antykawitacyjne pompy

Im lepsze są właściwości antykawitacyjne pompy lub, inaczej mówiąc, jej odporność na zapoczątkowanie kawitacji, tym trudniej jest do niej doprowadzić. Właściwości te określa najczęściej nadwyżka antykawitacyjna, która w ogólnym przypadku (także podczas pracy bez kawitacji) jest zdefiniowana wzorem:





Jest to nadwyżka energii mierzonej w króćcu ssawnym pompy ponad energię odpowiadającą ciśnieniu parowania pv. Ponieważ wartość tej nadwyżki jest skutkiem warunków pracy, jakie pompie stwarza układ pompowy, więc jest to równocześnie nadwyżka NPSHA (available) rozporządzalna dla pompy NPSH = NPSHA.

W początkowym stadium, czyli w fazie tzw. kawitacji zaczątkowej, ps = pskr, a NPSH = NPSHkr. Ponieważ za pomocą różnych metod pomiarowych wyznacza się różne początki kawitacji, przyjęto, że umowny początek kawitacji powoduje taki stan pracy pompy, w którym wysokość podnoszenia pompy H zmniejsza się o ΔH = 0,03 H w porównaniu do sytuacji, w której przy tej samej wydajności Q pompy kawitacja jeszcze się nie pojawia. Sposób wyznaczenia umownego początku kawitacji wg normy PN-EN ISO 9906 pokazano na rys. 3. Dokładne omówienie można znaleźć w publikacji [1]. W tym przypadku NPSHkr = NPSH3 (3 oznacza właśnie spadek H o 3%) i wzór (1) przybiera postać:



Pompa nie powinna jednak pracować przy tak małej wartości nadwyżki. Aby na pewno nie wystąpiła kawitacja, nadwyżka rozporządzalna NPSHR (required) powinna być większa:



gdzie k ≥ 1,3 (podawana niekiedy zależność NPSHR = NPSH3 + 0,5 m może dać niewystarczające wartości nadwyżki). Należy podkreślić, że warunek uniknięcia kawitacji podany w postaci ps > pv jest niewystarczający ze względu na wspomniany wyżej spadek ciśnienia na drodze AB (rys. 2b) i na krawędziach wlotowych łopatek. Właściwości antykawitacyjne pompy można także ocenić na podstawie wartości tzw. kawitacyjnego wyróżnika szybkobieżności S (oznaczanego obecnie w normach przez nss lub ns1):



gdzie wydajność optymalna Qopt odpowiada maksymalnej sprawności ηmax pompy. Dla pomp o wyróżnikach szybkobieżności:



średnie wartości S wynoszą:

  • dla pomp jednostrumieniowych z wlotem osiowym Sśr = 215, a ze spiralą ssawną (układ in-line) Sśr = 198,
  • dla pomp dwustrumieniowych Sśr = 240.

 


1) Wartości pv w funkcji temperatury dla różnych cieczy można znaleźć w tablicach termodynamicznych; wartości pv dla wody zamieszczone są w wielu książkach i poradnikach z zakresu pomp i instalacji pompowych.
2) Spadek ciśnienia w rurociągu ssawnym



może okazać się zbyt duży, na skutek zbyt dużej długości ls lub zbyt małej średnicy ds rurociągu ssawnego, złego zaprojektowania rurociągu (zbyt dużo oporów miejscowych ζi w postaci zaworów, przewężeń, kolan, gięć przestrzennych itp.) albo zbyt dużej prędkości cs spowodowanej nadmiernym wzrostem wydajności.

    
   17.06.2011

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Czy już znasz, idealne narzędzie dla projektantów sieci wod - kan » Co sprawi, że rozwiążesz problemy pomiarowe wentylacji »
aplkacja wod-kan pomiar termowizyjny
czytam więcej » spróbuj już dziś »

 


Klimatyzacja bez przeciągów - jak to możliwe »

 klimatyzator

 



Na czym polega renowacja kanalizacji bez kucia ścian » Jakich zabezpieczeń wentylacyjnych potrzebujesz »
renowacja kanalizacji
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Czy klimatyzacja jest zdrowa »

wentylacja

 



Poznaj zalety pomp nowej generacji » 5 powodów, dla których warto zainwestować w pompę ciepła »
pompy woda powietrze pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Polecamy sprawdzone metody na pomiar spalin w zamkniętym pomieszczeniu »

pomiar spalin

 



Jakie produkty pomogą ci w walce o czyste powietrze » Serwis pompy ciepła bez problemów - jak to zrobić »
program czyste powietrze serwis pompy ciepła
czytam więcej » czytam więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
7-8/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - WT 2021 dla budynków wielorodzinnych
  • - Klimakonwektory, belki i sufity chłodzące
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl