PRZECIWDZIAŁANIE KAWITACJI NA ETAPIE PROJEKTOWANIA POMPOWNI

Kawi­ta­cja – zja­wi­sko fizycz­ne pole­ga­ją­ce na gwał­tow­nej prze­mia­nie fazy cie­kłej w fazę gazo­wą pod wpły­wem zmniej­sze­nia ciśnie­nia. Jeże­li ciecz gwał­tow­nie przy­śpie­sza zgod­nie z zasa­dą zacho­wa­nia ener­gii, ciśnie­nie sta­tycz­ne cie­czy musi zma­leć. Inny­mi sło­wy jest to zja­wi­sko two­rze­nia się, a następ­nie zani­ka­nia, wewnątrz poru­sza­ją­cej się cie­czy, obsza­rów wypeł­nio­nych parą cie­czy i wydzie­la­ją­cy­mi się z niej gazami.

Prze­bieg kawi­ta­cji — pęche­rzy­ki paro­wo-gazo­we powsta­ją w obsza­rach naj­niż­sze­go ciśnie­nia, a unie­sio­ne przez prze­pły­wa­ją­cą ciecz w obszar wyż­sze­go ciśnie­nia ule­ga­ją implo­zji. Przyj­mu­je się, że two­rze­nie pęche­rzy­ków kawi­ta­cyj­nych, nastę­pu­je wów­czas, gdy ciśnie­nie cie­czy spa­da do war­to­ści rów­nej lub bli­skiej ciśnie­niu pary nasy­co­nej cie­czy w danej tem­pe­ra­tu­rze. Pro­ce­so­wi powsta­wa­nia, roz­ro­stu i zaskle­pia­nia się pęche­rzy­ków kawi­ta­cyj­nych towa­rzy­szą zja­wi­ska aku­stycz­ne, mecha­nicz­ne i ter­mo­dy­na­micz­ne. Implo­zja pęche­rzy­ków nastę­pu­je z dużą czę­sto­tli­wo­ścią i dużym ciśnie­niem. Powierzch­nia prze­wo­dów lub łopa­tek wir­ni­ka zosta­je suk­ce­syw­nie niszczona.

Spo­so­by zapo­bie­ga­nia kawitacji:

1. Okre­śle­nie wyma­ga­nej naj­mniej­szej nad­wyż­ki anty­ka­wi­ta­cyj­nej NPSHr dla dobra­nej pom­py wody. Zna­jąc wydaj­ność nomi­nal­ną pom­py i jej cha­rak­te­ry­sty­kę okre­śla­my nad­wyż­kę anty­ka­wi­ta­cyj­ną NPSHr. Nad­wyż­ka NPSHr powin­na zostać zawsze okre­ślo­na przez pro­du­cen­ta pomp.

2. Obli­cze­nie roz­po­rzą­dzal­nej nad­wyż­ki anty­ka­wi­ta­cyj­nej NPSHav, czy­li nad­wyż­ki po stro­nie ssaw­nej pom­py wiro­wej w pro­jek­to­wa­nym ukła­dzie pom­po­wym. W celu obli­cze­nia NPSHav musi­my znać: ciśnie­nie sta­tycz­ne w zbior­ni­ku zasi­la­ją­cym i ciśnie­nie paro­wa­nia cie­czy w danej tem­pe­ra­tu­rze. Jest to bar­dzo waż­ny para­metr, ponie­waż ciśnie­nie paro­wa­nia może wyno­sić ok. 1 bar przy 100 st. C oraz ok. 6 bar przy 160 st. C. W przy­pad­ku pom­pow­nia wody o wyż­szej tem­pe­ra­tu­rze, będzie­my musie­li zapew­nić więk­szy napływ wody po stro­nie ssaw­nej pom­py wiro­wej.

3. Nale­ży pom­po­wać moż­li­wie jak naj­chłod­niej­sze medium. Pro­jek­tu­jąc pom­pow­nie wody, do obli­czeń hydrau­licz­nych przyj­mu­je się tem­pe­ra­tu­rę 10 st. C. Ciśnie­nie paro­wa­nia wody przy 10 st. C wyno­si 0,01227 bar, a wyso­kość ciśnie­nia 0,13 metra słu­pa wody. Ze wzro­stem tem­pe­ra­tu­ry wody rośnie ciśnie­nie paro­wa­nia, a tym samym male­je wyso­kość ssa­nia pom­py. W prak­ty­ce jeże­li tem­pe­ra­tu­ra pom­po­wa­nej cie­czy prze­kra­cza 60–70 st. C pom­pa powin­na być zasi­la­na ze zbior­ni­ka z napływem.

4. Nie nale­ży pro­jek­to­wać pomp pra­cu­ją­cych na skra­ju cha­rak­te­ry­sty­ki. Wraz ze wzro­stem wydaj­no­ści pom­py wiro­wej rośnie wyma­ga­na naj­mniej­sza nad­wyż­ka anty­ka­wi­ta­cyj­na NPSHr. Nale­ży pro­jek­to­wać pom­py na opty­mal­ną wydaj­ność zgod­nie z cha­rak­te­ry­sty­ką pompy.

5.Średnicę prze­wo­du ssaw­ne­go nale­ży tak dobrać, aby przy mak­sy­mal­nym prze­pły­wie wody pręd­kość prze­pły­wu wyno­si­ła od 0,8 do 1,5 m/​s. Nie nale­ży prze­kra­czać war­to­ści 1,5 m/​s. Wraz ze zmniej­sze­niem śred­ni­cy prze­wo­du ssaw­ne­go, zwięk­sza się pręd­kość prze­pły­wu wody i rosną stra­ty linio­we i miej­sco­we. Jeże­li rosną stra­ty linio­we i miej­sco­we male­je nad­wyż­ka anty­ka­wi­ta­cyj­na, male­je wyso­kość ssa­nia pom­py i tym samym rośnie ryzy­ko wystę­po­wa­nia zja­wi­ska kawi­ta­cji. Jeże­li zapro­jek­tu­je­my mniej­szą śred­ni­cę ruro­cią­gu ssaw­ne­go musi­my zwięk­szyć napływ do pom­py np. pro­jek­tu­jąc wyż­szy zbior­nik reten­cyj­ny. Jeże­li warun­ki tere­no­we zabu­do­wy nie pozwa­la­ją na budo­wę wyso­kich zbior­ni­ków nale­ży zapro­jek­to­wać prze­wód ssaw­ny więk­szej śred­ni­cy w celu zmniej­sze­nia opo­rów linio­wych i miej­sco­wych i tym samym zwięk­sze­nie wyso­ko­ści ssa­nia pompy.

6. Nale­ży pro­jek­to­wać ruro­cią­gi ssaw­ne ze wznio­sem w kie­run­ku pomp. Nie­do­pusz­czal­ne jest pro­jek­to­wa­nie ruro­cią­gów z lewa­ra­mi po tra­sie. Ist­nie­je ryzy­ko powsta­wa­nia prze­strze­ni powietrz­nych, któ­re będą zmniej­szać wydaj­ność pomp.

7. Nale­ży zawsze dążyć do pra­cy pomp z napły­wem. Nale­ży w mia­rę moż­li­wo­ści tak pro­jek­to­wać ukła­dy pom­po­we, aby pom­py mia­ły zapew­nio­ną odpo­wied­nią wyso­kość napły­wu. Ruro­cią­gi ssaw­ne od zbior­ni­ków reten­cyj­nych do pomp powin­ny mieć moż­li­wie pro­ste i krót­kie trasy.

Speł­nie­nie powyż­szych punk­tów na eta­pie pro­jek­to­wa­nia i budo­wy pom­pow­ni wody daje gwa­ran­cję pro­jek­tan­to­wi i przy­szłe­mu eks­plo­ra­to­ro­wi gwa­ran­cję, że dostęp­na nad­wyż­ka anty­ka­wi­ta­cyj­na NPSHav insta­la­cji będzie zawsze więk­sza od wyma­ga­nej mini­mal­nej nad­wyż­ki anty­ka­wi­ta­cyj­nej NPSHr przez prodcenta.