Projektowanie pompowni wody – sposoby zapobiegania kawitacji w pompach wirowych

Kursy specjalistyczne

Zanim opiszę podstawowe zasady, które należy stosować w celu uniknięcia kawitacji, najpierw rozpocznę od wyjaśnienia na czym polega samo zjawisko.

Zjawisko tworzenia się, a następnie zanikania, wewnątrz poruszającej się cieczy, obszarów wypełnionych para cieczy i wydzielającymi się z niej gazami, nazywamy kawitacją (Troskolański, Łazarkiewicz 1973: Pompy wirowe).

Przebieg zjawiska kawitacji jest następujący.

Pęcherzyki parowo-gazowe powstają w obszarach najniższego ciśnienia, a uniesione przez przepływająca ciecz w obszar wyższego ciśnienia ulegają implozji (pęcherzyki zanikają czemu towarzyszu implozja, która niszczy powierzchnie materiału). Przyjmuje się, że tworzenie się pęcherzyków kawitacyjnych, następuje wówczas, gdy ciśnienie cieczy spada do wartości równej lub bliskiej ciśnieniu pary nasyconej cieczy pv 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 (Troskolański, Łazarkiewicz 1973: Pompy wirowe).

Sposoby zapobiegania kawitacji w pompach wirowych:

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, które równa się:

– ciśnieniu wody w sieci wodociągowej (w przypadku układu pomp wirowych odśrodkowych zasilanych z publicznej lub zakładowej sieci wodociągowej) [Pa],

– ciśnieniu atmosferycznemu ((w przypadku układu pomp wirowych odśrodkowych zasilanych ze zbiorników otwartych)[Pa]

•  ciśnienie parowania cieczy w danej temperaturze [Pa]

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.

• gęstość przetłaczanej cieczy [kg/m3],
• geometryczną wysokość ssania przy zaprojektowaniu pompy wirowej powyżej zwierciadła przetłacznanej cieczy [m],
• geometryczną wysokość napływu przy zaprojektowaniu pompy wirowej poniżej zwierciadła przetłacznanej cieczy [m],
• sumę strat liniowych dla dobranej średnicy rurociągu ssawnego i przepływu obliczeniowego,
• sumę strat miejscowych dla dobranej średnicy rurociągu ssawnego i przepływu obliczeniowego.

Pompa nie będzie niszczona przez zjawisko kawitacji jeżeli NPSH av >= NPSH r

3. Należy pompować możliwie jak najchłodniejsze medium.

W instalacjach centralnego ogrzewania projektowanie kotłów niskotemperaturowych  oraz prawidłowe zaprojektowanie instalacji zmniejsza ryzyko występowowania zjawiska kawitacji.

Akademia Projektanta Instalacji Sanitarnych

Projektując pompownie wody do obliczeń hydraulicznych przyjmuje się temperaturę 10 st. C. Ciśnienie parowania wody przy 10 st. C wysnosi 0,01227 bar, a wysokość ciśnienia 0,13 m.sł.w..

Ze wzrostem temperatury wody rośnie ciśnienie parowania, a tym samym maleje wysokość ssania pompy. W praktyce jeżeli temp. pompowanej cieczy przekracza 60-70 st. C pompa powinna być zasilana ze zbiornika z napływem.

4. Nie należy projektować pomp pracujących na końcu charakterystyki.

Wraz ze wzrostem wydajności pompy wirowej rośnie wymagana najmniejsza nadwyżka antykawitacyjna NPSHr. Należy projektować pompy na optymalną wydajność zgodnie z charakterystyką pompy.

5. Należy dobrać odpowiednią średnicę przewodu ssawnego.

Należy tak dobrać średnicę przewodu ssawnego, 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 rośną 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 na pompy np. projektując wyższy zbiornik retencyjny (zasilający).

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.

Pozdrawiam

Adam Masłowski

Jeżeli jest zainteresowany tematyką projektowania urządzeń przeciwpożarowych dołącz do Akademii Projektanta Instalacji Sanitarnych. Stworzyłem Akademię, w której uczę projektowania wodnych i pianowych systemów przeciwpożarowych. Poniżej kliknij i zapisz się na listę osób zainteresowanych. Dla osób zapisanych przewiduje ekstra promocję: