Управление жизненным циклом центробежного насоса

Принцип работы центробежных насосов Принцип работы центробежные насосы Принцип действия основан на действии центробежной силы. При вращении рабочего колеса с высокой скоростью жидкость под действием центробежной силы отбрасывается от центра рабочего колеса к его внешнему краю, приобретая кинетическую энергию и энергию давления. Конкретный рабочий процесс выглядит следующим образом: 1.Жидкость поступает в центральную область рабочего колеса через всасывающее отверстие насоса. 2. Вращение рабочего колеса создает центробежную силу, заставляющую жидкость перемещаться от центра рабочего колеса к внешнему краю вдоль каналов лопаток. 3. Жидкость приобретает кинетическую энергию и энергию давления внутри рабочего колеса, а затем выбрасывается в корпус насоса. 4.Внутри корпуса насоса часть кинетической энергии жидкости преобразуется в энергию давления, и жидкость в конечном итоге выбрасывается через выпускное отверстие. Во время работы центробежного насоса рабочее колесо совершает работу, преобразуя механическую энергию в энергию жидкости. По мере протекания жидкости через рабочее колесо увеличиваются как её давление, так и скорость. Согласно уравнению Бернулли, увеличение полной энергии жидкости проявляется прежде всего в увеличении энергии давления, что позволяет центробежному насосу перекачивать жидкость на большую высоту или преодолевать большее сопротивление системы. Важно отметить, что необходимым условием для нормальной работы центробежного насоса является заполнение полости насоса жидкостью. Это связано с тем, что центробежная сила действует только на жидкости, но не на газы. При наличии воздуха в полости насоса насос не сможет нормально создавать давление, что приведёт к образованию «паровой пробки», которая в конечном итоге приводит к кавитации. Анализ причин кавитации центробежных насосов 1. Несоответствующая среда на входе или недостаточное давление на входе Недостаточная подача рабочей среды — одна из наиболее частых причин кавитации в центробежных насосах. К недостаточной подаче рабочей среды могут привести следующие ситуации: а. Низкий уровень жидкости: Когда уровень жидкости в бассейне, резервуаре или контейнере для хранения падает ниже всасывающей трубы насоса или минимального эффективного уровня, насос может всасывать воздух вместо жидкости, что приводит к кавитации. б) Чрезмерная высота всасывания: Для несамовсасывающих центробежных насосов, если высота установки превышает допустимую высоту всасывания, даже при погружении всасывающего патрубка в жидкость, насос не сможет всасывать жидкость, что приведёт к её дефициту. Согласно физическим законам, теоретически максимальная высота всасывания для несамовсасывающих центробежных насосов составляет приблизительно 10 метров водяного столба (значение атмосферного давления). Однако, с учётом различных потерь, фактическая высота всасывания обычно составляет менее 6-7 метров. в. Недостаточное давление на входе: В приложениях, требующих положительного давления на входе, если обеспечиваемое давление на входе ниже требуемого значения, насос может испытывать недостаточную подачу жидкости, что приводит к кавитации. г. Плохая конструкция системы: В некоторых конструкциях систем, если всасывающий трубопровод слишком длинный, диаметр трубы слишком мал или имеется слишком много изгибов, сопротивление трубопровода увеличивается, что снижает давление на входе и не позволяет центробежному насосу должным образом всасывать жидкость. Практические исследования показывают, что около 35% отказов центробежных насосов в нефтехимической промышленности вызваны ненадлежащей средой на входе или недостаточным давлением на входе. Эта проблема особенно распространена в системах транспортировки нефти из-за высокой вязкости и давления паров нефтепродуктов. 2.Засорение впускного трубопровода Засорение впускного трубопровода — ещё одна распространённая причина кавитации в центробежных насосах. К конкретным проявлениям относятся: а. Засоренные сетки или фильтры: В процессе длительной эксплуатации сетки или фильтры на впускном трубопроводе могут постепенно засоряться примесями или отложениями, что ограничивает поток жидкости. б) Образование накипи внутри трубопровода: В частности, при работе с жесткой водой, водой с высоким содержанием ионов кальция и магния или со специфическими химическими жидкостями на внутренних стенках трубопровода могут образовываться накипь или кристаллические отложения, со временем уменьшая эффективный диаметр. c. Проникновение постороннего предмета: Случайное попадание таких предметов, как листья, пластиковые пакеты или водные растения, во всасывающий трубопровод может заблокировать колена или клапаны, препятствуя потоку жидкости. г. Частично закрытые клапаны: Ошибки в эксплуатации, такие как неполное открытие клапанов на всасывающем трубопроводе или внутренние неисправности клапанов, также могут привести к недостаточному расходу. е. Неисправность нижнего клапана: В системах, оборудованных донными клапанами, неисправность донного клапана (например, деформация пружины или повреждение уплотнительной поверхности) может повлиять на способность насоса правильно перекачивать жидкость. Статистические данные показывают, что около 25% случаев кавитации центробежных насосов в городских системах водоснабжения и водоотведения вызваны засорами на входном трубопроводе. Эта проблема особенно распространена в системах очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных веществ.     3. Неполное удаление воздуха из полости насоса Неполное удаление воздуха из полости насоса является одной из основных причин кавитации центробежных насосов. Основные проявления включают: а. Недостаточная подготовка перед первоначальным запуском: После первоначальной установки или длительного простоя центробежные насосы необходимо заполнить, чтобы удалить воздух из корпуса. Недостаточная загрузка остаточного воздуха может помешать насосу установить нормальное рабочее давление. б) Недостаточная самовсасывающая способность: Несамовсасывающие центробежные насосы не могут самостоятельно откачивать воздух и требуют внешнего всасывания. Хотя некоторые самовсасывающие насосы обладают определённой способностью к самовсасыванию, неправильный запуск или чрезмерная высота самовсасывания могут привести к плохому откачке воздуха. в. Утечки воздуха в трубопроводной системе: Небольшие трещины в соединениях всасывающего трубопровода, местах уплотнения или изношенных трубах могут привести к попаданию воздуха в систему под отрицательным давлением. Это особенно опасно, поскольку даже при правильной первоначальной заливке насоса со временем может накапливаться воздух, что в конечном итоге приводит к кавитации. г. Разрушение уплотнения: Изношенные или неправильно установленные уплотнения вала (например, торцевые уплотнения или сальниковые уплотнения) могут допустить попадание наружного воздуха в насос, особенно если давление на стороне всасывания ниже атмосферного. В промышленных условиях примерно 20% случаев кавитации в центробежных насосах вызваны неполным удалением воздуха из полости насоса. Эта проблема особенно распространена при первом запуске после установки или технического обслуживания. 4. Другие причины Помимо основных причин, указанных выше, к кавитации центробежного насоса могут привести и другие факторы: а. Испарение жидкости: При работе с высокотемпературными или легколетучими жидкостями, если давление во всасывающем трубопроводе падает ниже давления насыщенных паров жидкости при данной температуре, жидкость может испаряться, образуя пузырьки. Это может помешать насосу всасывать жидкость или вызвать кавитацию. б. Ошибки в работе: Человеческий фактор, такой как неправильная работа клапана или несоблюдение процедур запуска, может привести к кавитации насоса. в. Неисправности системы управления: В автоматизированных системах управления сбои в работе датчиков уровня, датчиков давления или ошибки в логике программирования ПЛК могут привести к запуску или работе насоса в неподходящих условиях, что приведет к кавитации. г. Проблемы с питанием или двигателем: Неправильная последовательность фаз питания, приводящая к переполюсовке двигателя, может помешать насосу нормально качать жидкость. Нестабильность напряжения, приводящая к колебаниям скорости двигателя, также может нарушить нормальную работу насоса. е. Температурные эффекты: В экстремальных условиях окружающей среды, например, в холодных регионах, недостаточная изоляция может привести к замерзанию жидкости в трубопроводе, что затруднит её движение. В условиях высоких температур жидкости могут испаряться, образуя паровые пробки. Исследования показывают, что эти другие причины составляют примерно 20% случаев кавитации в центробежных насосах. Хотя эта доля относительно невелика, в определённых ситуациях или условиях они могут играть важную роль, и их не следует игнорировать.