Cavitation là gì? Làm thế nào để cải thiện các biện pháp chống xâm thực?

 

• Cavitation là gì?

Xâm thực là tình trạng bất lợi thường xảy ra ở các đơn vị bơm ly tâm. Xâm thực có thể làm giảm hiệu suất của máy bơm, gây rung động và tiếng ồn, đồng thời dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng cho cánh quạt, vỏ máy bơm, trục và các bộ phận bên trong khác của máy bơm. Xâm thực xảy ra khi áp suất chất lỏng trong máy bơm giảm xuống dưới áp suất hóa hơi, khiến bong bóng hơi hình thành ở vùng áp suất thấp. Những bong bóng hơi này có thể xẹp xuống hoặc "nổ" một cách dữ dội khi chúng đi vào vùng áp suất cao. Điều này có thể gây ra hư hỏng cơ học bên trong máy bơm, tạo ra các điểm yếu dễ bị xói mòn và ăn mòn, đồng thời làm giảm hiệu suất của máy bơm.

 

Hiểu và thực hiện các chiến lược để giảm thiểu hiện tượng xâm thực là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn trong vận hành và tuổi thọ của máy bơm ly tâm.

 

• Các loại Cavitation trong máy bơm ly tâm

 

1. Cavitation bay hơi.Còn được gọi là "xâm thực cổ điển" hoặc "xâm thực đầu hút dương có sẵn (NPSHa), đây là loại xâm thực phổ biến nhất. Bơm ly tâm làm tăng vận tốc của chất lỏng khi nó đi qua lỗ hút của bánh công tác. Sự gia tăng vận tốc tương đương với sự giảm áp suất của chất lỏng. Việc giảm áp suất có thể làm cho một số chất lỏng sôi lên (bay hơi) và hình thành các bong bóng hơi, chúng xẹp xuống dữ dội và tạo ra các sóng xung kích nhỏ khi chúng chạm đến vùng áp suất cao.

 

2. Cavitation hỗn loạn.Các bộ phận như khuỷu tay, van và bộ lọc trong hệ thống đường ống có thể không phù hợp với lượng hoặc tính chất của chất lỏng được bơm, có thể tạo ra dòng xoáy, nhiễu loạn và chênh lệch áp suất trong chất lỏng. Khi những hiện tượng này xảy ra ở đầu vào máy bơm, chúng có thể ăn mòn trực tiếp bên trong máy bơm hoặc khiến chất lỏng bốc hơi.

 

3. Hội chứng lưỡi cavitation.Còn được gọi là "hội chứng trượt lưỡi", loại bọt khí này xảy ra khi đường kính cánh quạt quá lớn hoặc lớp phủ bên trong vỏ máy bơm quá dày/đường kính bên trong vỏ máy bơm quá nhỏ. Một trong hai hoặc cả hai điều kiện này sẽ làm giảm không gian (khe hở) bên trong vỏ máy bơm xuống dưới mức chấp nhận được. Việc giảm độ hở trong vỏ máy bơm làm tăng vận tốc chất lỏng, dẫn đến giảm áp suất. Việc giảm áp suất có thể khiến chất lỏng bốc hơi, tạo ra bọt khí.

 

4. Cavitation tuần hoàn nội bộ.Khi máy bơm không thể xả chất lỏng ở tốc độ dòng chảy yêu cầu, nó sẽ khiến một phần hoặc toàn bộ chất lỏng quay vòng quanh bánh công tác. Chất lỏng tuần hoàn đi qua vùng áp suất thấp và cao, tạo ra nhiệt, vận tốc cao và hình thành bong bóng hóa hơi. Nguyên nhân phổ biến của tuần hoàn bên trong là chạy máy bơm khi van đầu ra của máy bơm đóng (hoặc ở tốc độ dòng chảy thấp - Pump Salon Lưu ý 1).

 

5. Xâm thực khí quyển.Không khí có thể được hút vào máy bơm thông qua van bị hỏng hoặc khớp nối lỏng lẻo. Khi ở trong máy bơm, không khí sẽ di chuyển cùng với chất lỏng. Chuyển động của chất lỏng và không khí có thể tạo thành bong bóng “nổ” khi chịu áp suất tăng lên của cánh bơm.

 

• Những mối nguy hiểm của cavitation là gì?

 

1. Ăn mòn các bộ phận chảy qua:

(1) Do tác động tần số cao (600 ~ 25000HZ) được tạo ra khi bong bóng vỡ, áp suất lên tới 49Mpa, gây xói mòn cơ học trên bề mặt kim loại.

 

(2) Do nhiệt được giải phóng trong quá trình hóa hơi và thủy phân xảy ra do hiệu ứng chênh lệch nhiệt độ của pin, oxy tạo ra sẽ oxy hóa kim loại và gây ăn mòn hóa học.

 

2. Hiệu suất máy bơm giảm:

Khi xảy ra hiện tượng xâm thực bơm, quá trình trao đổi năng lượng trong bánh công tác bị xáo trộn và phá hủy, đồng thời các đặc tính bên ngoài được biểu hiện dưới dạng đường cong QH, đường cong QP và Qn suy giảm. Trong trường hợp nghiêm trọng, dòng chảy trong máy bơm sẽ bị gián đoạn và không hoạt động.

 

Đối với tốc độ cụ thể thấp, do kênh dòng chảy giữa các cánh quạt hẹp và dài nên khi xảy ra hiện tượng xâm thực, các bong bóng sẽ lấp đầy toàn bộ kênh dòng chảy và đường cong hiệu suất sẽ giảm đột ngột.

 

Đối với tốc độ cụ thể trung bình và cao, kênh dòng chảy ngắn và rộng, do đó cần có một quá trình chuyển tiếp để bong bóng phát triển từ khi xuất hiện đến lấp đầy toàn bộ kênh dòng chảy. Đường cong hiệu suất tương ứng bắt đầu giảm dần và sau đó giảm mạnh khi tăng đến một tốc độ dòng nhất định.

 

• Các biện pháp cải thiện khả năng chống xâm thực

 

1. Các biện pháp nâng cao tính năng chống xâm thực của bơm ly tâm:

(1) Cải tiến thiết kế kết cấu từ cổng hút bơm đến cánh quạt. Tăng diện tích dòng chảy; tăng bán kính cong của phần đầu vào nắp cánh quạt để giảm khả năng tăng tốc và giảm áp suất nhanh của dòng chất lỏng; giảm độ dày của đầu vào lưỡi một cách thích hợp và làm tròn đầu vào của lưỡi để làm cho nó gần với hình dạng tinh giản, điều này cũng có thể làm giảm gia tốc và giảm áp suất của dòng chảy xung quanh đầu lưỡi; cải thiện độ hoàn thiện bề mặt của cánh quạt và đầu vào của lưỡi cắt để giảm tổn thất điện trở; mở rộng cạnh đầu vào của lưỡi dao đến đầu vào của cánh quạt để dòng chất lỏng nhận được công việc trước và tăng áp suất.

 

(2) Bộ cảm ứng phía trước được sử dụng để làm cho dòng chất lỏng hoạt động trước trong bộ cảm ứng phía trước để tăng áp suất dòng chất lỏng.

 

(3) Bằng cách sử dụng bánh công tác hút kép, dòng chất lỏng đi vào bánh công tác từ cả hai phía của bánh công tác cùng một lúc, do đó tiết diện đầu vào tăng gấp đôi và tốc độ dòng chảy vào có thể giảm một nửa.

 

(4) Điều kiện làm việc thiết kế áp dụng góc tấn công dương lớn hơn một chút để tăng góc đầu vào của lưỡi dao, giảm độ uốn ở đầu vào của lưỡi dao, giảm tắc nghẽn lưỡi và tăng diện tích đầu vào; cải thiện điều kiện làm việc dưới dòng chảy lớn để giảm tổn thất dòng chảy. Tuy nhiên, góc tấn công tích cực không được quá lớn, nếu không sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả.

 

(5) Sử dụng vật liệu chống xâm thực. Thực tiễn cho thấy rằng độ bền, độ cứng và độ dẻo dai của vật liệu càng cao thì độ ổn định hóa học càng tốt và hiệu suất chống xâm thực càng mạnh.

 

2. Các biện pháp nâng cao biên độ xâm thực hiệu quả của thiết bị dẫn chất lỏng:

(1) Tăng áp suất bề mặt chất lỏng trong bể chứa chất lỏng phía trước máy bơm để tăng biên độ xâm thực hiệu quả.

 

(2) Giảm chiều cao lắp đặt máy bơm thiết bị hút.

 

(3) Thay thiết bị hút hướng lên thành thiết bị tưới ngược.

 

(4) Giảm tổn thất dòng chảy trong đường ống trước máy bơm, chẳng hạn như rút ngắn đường ống càng nhiều càng tốt trong phạm vi yêu cầu, giảm tốc độ dòng chảy trong đường ống, giảm số lượng khuỷu tay và van, đồng thời tăng độ mở van khi nhiều nhất có thể.

 

(5) Giảm nhiệt độ môi trường làm việc ở đầu vào máy bơm (khi môi trường vận chuyển gần với nhiệt độ bão hòa).

 

Các biện pháp trên có thể được áp dụng phù hợp sau khi phân tích toàn diện dựa trên loại máy bơm, lựa chọn vật liệu và điều kiện địa điểm sử dụng máy bơm.