Zákazníci mě nežádají, abych poslouchal tiché pumpy. Toto je příznak č. 1 kavitačního čerpadla. Pumpa je hlučná. K popisu atypicky hlasitého zvuku vycházejícího z čerpadla se používají deskriptory jako „bručení“, „rachot“ nebo „štěrkovitý“.
“Zní to vždycky takhle?” Ptám se.
“Ne, na podzim to bylo fajn, ale celou zimu to bylo hlasité.”
Toto je příznak #2. Hluk je přerušovaný. Nejhlasitější je, když je kapalina viskóznější, zásobní nádrž je téměř prázdná, když čerpadlo běží rychleji, sítko nebylo vyčištěno atd. Hluk je nejhlasitější, když jsou podmínky na vstupu nejhorší.
“Pomalý. Vyprázdnění nádrží trvá déle, když čerpadlo zní takto.“
Toto je příznak č. 3. Průtok je nižší, než se očekávalo. To se nejlépe potvrdí pomocí měřiče, ale je běžné, že tyto informace jsou spíše neoficiální: „čerpadlo je pomalé“, „pohyb produktu trvá déle“ atd.
Kromě obtěžování hlukem a nepříjemností se sníženým průtokem existuje důvod k obavám. V průběhu času může kavitace vést k důlkové korozi a opotřebení kritických vnitřních částí čerpadla (viz obrázek 1), což má za následek neplánované prostoje a nákladné opravy. Tyto příznaky jsou výzvou k řešení kavitace dříve, než nastanou vážnější problémy.
Obrázek 1 – Lokalizovaná důlková korekce mezi ozubeným kolem vnitřního zubového čerpadla v důsledku dlouhodobé kavitace.
Příčina kavitace
Kavitace čerpadla je výsledkem nedostatečného NPSH (net positive sací výška).
NPSH k dispozici (NPSHa) je kvantifikovatelná hodnota pro absolutní tlak* ve vstupním otvoru čerpadla mínus tlak par kapaliny. Musí se vypočítat (více o tom brzy).
Vyžaduje se NPSH (NPSHr) je naměřená hodnota pro absolutní tlak* požadovaný čerpadlem, aby se zabránilo kavitaci čerpadla. Tato hodnota pochází z testování výrobcem čerpadla a je často součástí výkonových křivek.
* U kinetických čerpadel, jako jsou odstředivá čerpadla, se používá dopravní výška (obvykle v jednotkách stop nebo metrů). U objemových čerpadel, jako jsou zubová čerpadla, se používá tlak (obvykle v jednotkách PSI, barech nebo stopách vody).
Dostupné NPSH musí být vyšší než NPSH požadované k prevenci kavitace. V opačném případě se na vstupu čerpadla vytvoří dutiny naplněné parou, které jsou rotací čerpadla unášeny na výstupní stranu. Zde, vystavené vysokému výtlačnému tlaku, se tyto dutiny zhroutí. Viz obrázky 2 a 3 z videa s vnitřním zubovým čerpadlem s čistou hlavou, aby se usnadnil pohled na ozubená kola. Na obrázku 1 čerpadlo běží za normálních podmínek, čerpadlo běží tiše a na plný výkon. Na obrázku 2 byl sací ventil téměř zcela uzavřen, aby se vytvořil stav s nízkou hodnotou NPSH. V důsledku toho se vlevo vytvářejí bubliny páry, které jsou unášeny otáčením čerpadla proti směru hodinových ručiček na výstupní stranu, kde se vystavené vysokému tlaku zhroutí. Toto zhroucení parních dutin má za následek hluk a ztrátu kapacity.
Obrázek 2 a 3 – sací ventil byl téměř zcela uzavřen, aby se vytvořila dostupná podmínka nízké NPSH
Co když vaše čerpadlo vykazuje tyto příznaky hluku a ztráty výkonu?
Jednotlivě mohou být tyto příznaky způsobeny jinými základními příčinami, včetně opotřebení, bypassu pojistného ventilu nebo provzdušňování. Nezkušený poradce při odstraňování problémů (někdo, kdo „ví dost na to, aby byl nebezpečný“), může odhadnout, že hlavní příčinou je kavitace, a často bude mít pravdu. Ale před provedením rozsáhlých změn na potrubí nebo čerpadle je nejlepší ověřit tuto hypotézu výpočtem a/nebo testováním.
Začněme tím, jak se počítá dostupný NPSH. Rovnice je následující:
NPSHa= Ha±Hz–Hf–Hvp
- Kde je NPSHa k dispozici čistá pozitivní sací výška.
- Ha je aplikován tlakem na povrch kapaliny. Pro kapaliny čerpané z odvětrávaných nádrží, sudů, přepravek, nákladních automobilů atd. se tato hodnota rovná atmosférickému tlaku v absolutních jednotkách. Atmosférický tlak se mění s nadmořskou výškou, takže čerpadla ve vyšších nadmořských výškách jsou často náchylnější k problémům s kavitací než čerpadla v blízkosti hladiny moře.
- Hz je tlak způsobený vertikální vzdáleností mezi povrchem kapaliny v zásobní nádrži a středovou osou vstupního otvoru čerpadla. Pokud je hladina kapaliny nad čerpadlem (statická sací výška), tato hodnota se přičte a zvýší NPSHa. Pokud je hladina kapaliny pod čerpadlem (sací výška), tato hodnota se odečte, čímž se sníží NPSHa.
- Hf jsou celkové ztráty třením v potrubí, ventilech, armaturách, sítkách atd. od nádrže ke vstupu čerpadla. Vždy se odečítá a dále snižuje NPSHa.
- Hvp je tlak par kapaliny při teplotě čerpání. Vždy se odečítá a dále snižuje NPSHa. Čím vyšší je tlak par, tím snazší je přechod na plyn způsobující kavitaci.
- Je důležité si uvědomit, že i když lze použít jakékoli jednotky (PSI, bar, stopy vody atd.), musí být konzistentní pro každý z těchto koeficientů.
Před výběrem čerpadla se vždy doporučují výpočty, ale jakmile je čerpadlo nainstalováno, může být toto cvičení diskutabilní. Za prvé, proměnné se mohou lišit od toho, co ukazuje původní datový list. Viskozita se může lišit, drsnost/vnitřní průměry potrubního systému mohou být v horším stavu než „jako nové“, ventil může být částečně uzavřen nebo uvnitř potrubí může být skryta nějaká jiná překážka. Spuštění těchto výpočtů vám může pomoci získat představu o tom, že by měl být dostupný NPSH, ale jakmile je systém spuštěn a běží, dává větší smysl provádět přímé měření.
Instalací sacího tlakoměru na nebo blízko vstupního otvoru čerpadla lze měřit tlak na čerpadle. Převedením této hodnoty na absolutní tlak (přičtením atmosférického tlaku) a odečtením dostupného tlaku par kapaliny lze odvodit NPSH.
Tato dostupná hodnota NPSH by stále musela být porovnána s požadavkem NPSH pumpy poskytnutým výrobcem. Pokud je dostupný NPSH (vypočtený a/nebo naměřený) nižší než požadovaný NPSH, pak to potvrzuje, že naše původní hypotéza je správná a příznaky hluku a ztráty průtoku jsou způsobeny kavitací.
Léky na kavitaci
Při řešení kavitace existují dvě cesty.
První je zlepšit dostupné NPSH. Když se podíváme na výše uvedenou rovnici, je málo, co lze udělat pro řešení Ha (atmosférický tlak, obvykle) nebo Hvp (tlak par). To ponechává pouze příležitosti ke zlepšení Hz (tlak způsobený hlavou) a Hf (ztráty třením).
- Zvyšte minimální hladinu kapaliny v zásobní nádrži.
- Spusťte čerpadlo, pokud je to možné.
- Zkraťte délku přívodních trubek
- Zvětšete průměr vstupních trubek
- Snižte viskozitu kapaliny zahřátím kapaliny a izolací nádrže a potrubí
- Ujistěte se, že vedení a sítka jsou čisté a bez nánosů, které mohou omezovat průtok
Samozřejmě druhou cestou by mohlo být snížení požadavku na NPSH čerpadla.
Chcete-li snížit NPSHr:
- Zpomalte rychlost čerpadla. To má za následek snížení průtoku. Pokud se kavitace vyskytuje pouze přerušovaně (tj. když je nádrž téměř prázdná nebo je viskozita vysoká), lze rychlost snížit buď ručně, nebo pomocí logického ovládání.
- Zvětšete velikost čerpadla pro udržení průtoku při nižší rychlosti čerpadla.
Náklady na nečinnost
Někteří uživatelé přijmou příznaky, naučí se žít s nadměrným hlukem a sníženým průtokem. Tyto příznaky však mohou být časnými indikátory problémů na cestě. Je důležité porozumět známkám kavitace a tomu, jak ji diagnostikovat, aby bylo možné ji řešit a vyhnout se tak prostojům a nákladům na obzoru.
