Kavitasi merupakan masalah umum selama pengoperasian pompa sentrifugal, yang dapat menyebabkan peningkatan getaran dan kebisingan pompa, penurunan kinerja, dan kerusakan serius pada komponen.
Artikel ini tidak mengeksplorasi pengetahuan teoretis profesional tentang kavitasi, tetapi hanya mencoba menggunakan bahasa yang relatif sederhana untuk memberikan pengenalan rinci tentang beberapa jenis kavitasi yang umum pada pompa sentrifugal, bahaya kavitasi, dan tindakan yang umum digunakan untuk meningkatkan kavitasi di lokasi.
1. Jenis kavitasi
Dilihat dari tempat terjadinya, kavitasi dibedakan menjadi kavitasi sudu, kavitasi celah, kavitasi kasar, kavitasi rongga, dan kavitasi aliran balik.
(1) Kavitasi daun
Ketika kavitasi terjadi, pembentukan dan pecahnya gelembung terutama terjadi pada bagian depan dan belakang sudu, disebut juga kavitasi airfoil, yang merupakan bentuk utama kavitasi pada pompa sentrifugal. Bila pompa dipasang terlalu tinggi, meskipun pompa bekerja dalam kondisi desain, area-tekanan rendah cenderung terjadi di bagian belakang saluran masuk dan keluar sudu:
1) Ketika pompa beroperasi dalam kondisi aliran tinggi, pemisahan aliran dan pusaran terjadi pada tepi depan sudu, menciptakan tekanan negatif yang dapat menyebabkan kavitasi pada bagian depan sudu.
2) Saat pompa beroperasi dalam kondisi aliran rendah, pusaran akan terjadi di bagian belakang bilah, menciptakan zona-tekanan rendah dan menyebabkan kavitasi di bagian belakang bilah.
(2) Kavitasi celah
Ini mengacu pada kavitasi yang terbentuk ketika cairan mengalir melalui saluran atau celah sempit, menyebabkan peningkatan kecepatan aliran secara lokal dan penurunan tekanan hingga tekanan penguapan komponen aliran.
Di celah antara-cincin tahan aus selubung pompa sentrifugal dan tepi luar (pelat penutup) impeler, di bawah perbedaan tekanan (terutama perbedaan tekanan yang besar) di kedua sisi saluran masuk dan saluran keluar impeler, cairan di sisi saluran keluar mengalir kembali dengan kecepatan tinggi, menyebabkan penurunan tekanan lokal dan kavitasi
Di celah kecil antara tepi luar bilah pompa aliran aksial dan selubung pompa, di bawah pengaruh perbedaan tekanan antara bagian depan dan belakang bilah, kecepatan aliran balik yang tinggi dari cairan di celah tersebut juga dapat menyebabkan penurunan tekanan lokal, mengakibatkan kavitasi pada tepi luar bilah yang sesuai di dalam selubung pompa, dan membentuk zona kavitasi sarang lebah dan permukaan kasar di tepi luar impeler dan bilah.
(3) Kavitasi kasar
Kavitasi kasar mengacu pada pembentukan vortisitas di bagian hilir tonjolan ketika cairan mengalir melalui permukaan tidak rata dari komponen aliran kasar di dalam selubung pompa, menyebabkan penurunan tekanan lokal dan menyebabkan kavitasi.
Selama pengecoran dan pemrosesan komponen aliran pompa, ketidakrataan permukaan, lubang pasir, lubang udara, dll. dapat menyebabkan perubahan mendadak pada kondisi aliran lokal dan mengakibatkan kavitasi.
(4) Kavitasi rongga
Kavitasi dalam rongga mengacu pada pembentukan pita pusaran spiral di ruang hisap di saluran masuk pompa karena kondisi saluran masuk air yang buruk atau kedalaman perendaman yang tidak mencukupi. Ketika tekanan pusat sabuk pusaran menurun hingga tekanan penguapan, maka akan terjadi kavitasi yang disertai dengan getaran yang kuat.
(5) Refluks kavitasi
Secara umum, prasyarat kavitasi adalah NPSHa
Ketika laju aliran pemompaan terlalu rendah atau tekanan masuk terlalu tinggi, terjadi aliran balik. Ketika laju aliran pemompaan terlalu rendah, refluks internal terjadi pada saluran masuk impeler; Ketika tekanan masuk pompa terlalu tinggi, refluks internal terjadi pada saluran keluar impeler. Refluks internal menyebabkan peningkatan laju aliran cairan hingga penguapan menghasilkan gelembung, yang kemudian pecah pada tekanan sekitar yang lebih tinggi. Ketika aliran balik internal terjadi pada lubang hisap, bunyi berderak tidak beraturan akan terdengar di sekitar lubang hisap pompa, disertai dengan suara ledakan berintensitas tinggi.
Kavitasi refluks umumnya dapat diperbaiki melalui metode berikut:
1) Meningkatkan laju aliran keluaran pompa.
2) Pasang bypass antara saluran masuk dan saluran keluar pompa (metode ini sulit diterima pelanggan dalam penerapan praktis).
3) Mengoptimalkan struktur impeller (mengurangi area masuk impeller).
2. Bahaya kavitasi
(1) Penurunan kinerja, kerusakan saluran pipa
Kavitasi dapat menurunkan kinerja pompa secara signifikan. Biasanya pada pompa sentrifugal, ketika tekanan masuk turun sampai batas tertentu, kinerjanya akan menurun tajam, yang disebut juga dengan patahan kavitasi. Kavitasi juga dapat menyebabkan ketidakstabilan di dalam fluida, yang dapat menyebabkan fluktuasi aliran dan tekanan. Dengan bantuan osilasi ini, dapat menyebabkan kerusakan pada pompa serta pipa saluran masuk dan keluarnya.
(2) Kerusakan serius pada komponen pompa yang kelebihan arus
Kavitasi dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan komponen. Ketika gelembung pecah, cairan di sekitarnya menghasilkan tekanan tumbukan yang sangat tinggi (tekanan puncak) hingga 49 MPa. Ketika kekuatan hidrolik kavitasi melebihi kemampuan material untuk menahan dampak ini, hal ini dapat menyebabkan kegagalan kelelahan material dinding lokal dan pelepasan material permukaan. Kavitasi terjadi bersamaan dengan korosi kimia dan elektrokimia. Ukuran lubang yang dihasilkan oleh korosi dan deformasi plastis material pada tahap awal kavitasi adalah sekitar 10 μm hingga 50 μm, terutama untuk beberapa material dengan ketahanan korosi yang buruk, yang mungkin menunjukkan struktur seperti sarang lebah di bawah kavitasi jangka panjang.-
(3) Menghasilkan getaran dan kebisingan
Pada saat gelembung mengembun, menyusut, dan pecah, cairan di sekitar gelembung mengisi kekosongan dengan kecepatan tinggi (dibentuk oleh kondensasi dan pecahnya gelembung), menghasilkan denyut tekanan sehingga menimbulkan getaran dan kebisingan. Frekuensi kebisingan kavitasi umumnya antara 10 kHz dan 100 kHz, sedangkan frekuensi kebisingan kavitasi yang disebabkan oleh refluks dan denyut tekanan adalah sekitar beberapa ratus Hz, yang membuat telinga manusia sangat sensitif. Pada saat yang sama, kavitasi juga dapat merangsang getaran, dan frekuensi utama getaran yang dihasilkan oleh kavitasi umumnya sekitar 1 kHz.
Kavitasi tidak hanya ditandai dengan tingkat kebisingan yang tinggi, tetapi juga oleh indikator getaran seperti kekakuan dasar pompa yang tidak mencukupi dan dukungan pipa yang buruk, yang dapat menyebabkan resonansi struktural; Setelah pemasangan pompa, alasnya diisi dengan beton, dan kekakuan pendukung pipa cukup, yang umumnya tidak menimbulkan fenomena getaran yang kuat. Namun melalui pengukuran getaran pada badan pompa, komponen frekuensi tinggi-frekuensi getaran yang dihasilkan oleh kavitasi bersifat dominan, dan nilai percepatan getaran lebih tinggi dibandingkan perpindahan getaran dan kecepatan getaran.
3. Langkah-langkah umum untuk meningkatkan kinerja kavitasi
(1) Tindakan untuk meningkatkan kinerja anti kavitasi dari pompa sentrifugal itu sendiri
1) Memperbaiki desain lubang hisap pompa
Dengan menggiling impeller, luas aliran dapat ditingkatkan;
Meningkatkan radius kelengkungan bagian saluran masuk pelat penutup impeler untuk mengurangi percepatan cepat dan penurunan tekanan aliran cairan;
Kurangi ketebalan saluran masuk bilah dengan tepat dan bulatkan saluran masuk bilah (poles kepala bilah, pertajam untuk mengurangi hilangnya dampak saluran masuk dan kurangi sensitivitas sudut masuk, dan kelonggaran kavitasi yang diperlukan dapat dikurangi sekitar 0,5 meter), membuatnya mendekati bentuk yang ramping, dan juga mengurangi percepatan dan penurunan tekanan di sekitar kepala bilah;
Meningkatkan kehalusan permukaan impeler dan saluran masuk sudu untuk mengurangi hilangnya resistensi;
Perluas tepi saluran masuk sudu ke arah saluran masuk impeller untuk memungkinkan aliran cairan menerima kerja terlebih dahulu dan meningkatkan tekanan.
2) Tambahkan roda induksi depan
Buat aliran cairan bekerja terlebih dahulu di roda induksi depan untuk meningkatkan tekanan aliran cairan (skema ini memerlukan perubahan struktural dan kalibrasi ulang berbagai parameter desain).
3) Mengadopsi impeller hisap ganda
Meningkatkan luas saluran masuk impeler dan mengurangi laju aliran cairan masuk (penurunan laju aliran dan peningkatan tekanan).
4) Menggunakan sudut serang positif yang sedikit lebih besar
Untuk meningkatkan sudut masuk sudu, kurangi pembengkokan pada saluran masuk sudu, minimalkan penyumbatan sudu, dan dengan demikian tingkatkan area masuk;
Memperbaiki kondisi kerja dalam kondisi aliran tinggi untuk mengurangi kehilangan aliran. Namun sudut serang positif tidak boleh terlalu besar, jika tidak maka akan mempengaruhi efisiensi.
5) Menggunakan pompa-berkecepatan rendah
Semakin rendah kecepatan putar maka NPSHrnya semakin kecil.
6) Menggunakan bahan anti kavitasi
Praktek telah membuktikan bahwa semakin tinggi kekuatan, kekerasan, dan ketangguhan suatu material, semakin baik stabilitas kimianya, dan semakin kuat ketahanannya terhadap kavitasi.
(2) Tindakan untuk meningkatkan tunjangan kavitasi perangkat
1) Tingkatkan tekanan level cairan di tangki penyimpanan sebelum pompa untuk meningkatkan batas kavitasi efektif.
2) Kurangi ketinggian pemasangan pompa pada alat hisap, terutama saat mengalirkan air panas sebagai medianya, dan pertimbangkan hubungan antara tinggi isap dan suhu media.
3) Ganti alat hisap dengan alat aliran balik.
4) Mengurangi kehilangan aliran pada pipa hisap sebelum pompa. Jika memungkinkan, perpendek pipa dalam kisaran yang diperlukan, gunakan diameter pipa hisap yang sesuai dan area filtrasi filter (jika ada) untuk mengurangi laju aliran dalam pipa, mengurangi jumlah tikungan dan katup, dan meningkatkan bukaan katup sebanyak mungkin.
5) Jika celah kavitasi parah, metode pengeboran lubang keseimbangan pada impeler dapat diterapkan untuk mengurangi laju aliran kebocoran dan mengurangi derajat kavitasi. Lubang keseimbangan pada sudu mempunyai efek merusak dan mengganggu aliran cairan yang disuntikkan pada saluran masuk impeler. Luas lubang keseimbangan tidak boleh kurang dari 5 kali luas celah cincin penyegel untuk mengurangi laju aliran kebocoran, sehingga mengurangi dampak pada aliran cairan utama dan meningkatkan kemampuan anti kavitasi pompa.
6) Pengalaman menunjukkan bahwa mulai dari mekanisme kavitasi, penambahan gas dalam jumlah yang sesuai ke lubang hisap dapat mengganggu kondisi terjadinya kavitasi. Namun, menggunakan pengisian udara untuk mencegah kavitasi pompa sangatlah teknis, dan hanya dengan volume, lokasi, dan metode pengisian udara yang tepat, hasil yang baik dapat dicapai. Jika tidak, hal ini akan menyebabkan penurunan yang signifikan pada laju aliran, head, dan efisiensi pompa, dan bahkan menyebabkan gangguan aliran dan konsekuensi buruk selama pengoperasian.
Mengingat sulitnya mengontrol jumlah suplai udara yang tepat dan pengukuran yang akurat, dipadukan dengan praktik penulis, maka disarankan untuk menggunakan katup jarum yang dapat mengatur laju aliran untuk katup suplai udara. Selama penyesuaian di-lokasi, kebisingan kavitasi dapat digunakan untuk membedakan: sesuaikan volume masuk melalui katup jarum hingga kebisingan kavitasi diminimalkan (beberapa sistem dapat sepenuhnya menghilangkan kebisingan, namun beberapa sistem hanya dapat mengurangi kebisingan kavitasi, tidak sepenuhnya menghilangkannya), lalu sesuaikan sedikit katup jarum untuk mengurangi volume masuk, amati pengoperasian selama jangka waktu tertentu hingga tidak ada kelainan kinerja yang terjadi dalam berbagai kondisi pengoperasian yang ditentukan, lalu kunci bukaan katup jarum. Cara ini tidak boleh menurunkan suara ke level terendah! Jika tekanan masuk positif ketika pompa berhenti bekerja, katup periksa harus dipasang untuk mencegah kebocoran.
7) Penelitian menemukan bahwa ketika media mengandung gas yang mudah menguap dan partikel padat seperti pasir, kinerja kavitasi pompa akan menurun. Untuk memastikan pompa tidak mengalami kavitasi, maka ketinggian isap pompa harus dikurangi minimal 4,2 meter dari ketinggian air bersih yang dihitung. Hal ini patut diperhatikan dalam industri kota.
