Знаєте що відбувається, коли насос починає “хлопати” і вібрувати? А коли він швидко ламається, хоча повинен був працювати роками? Більше того – виходить з ладу не тільки він, але й, до прикладу, чилер, з яким він працює в зв’язці. Часто причина криється в неправильному кавітаційному запасі насоса. Давайте розберемося, що це таке простими словами.
Кавітаційний запас насоса це запас тиску, який не дає рідині закипати всередині насоса. Так, саме закипати. При низькому тиску вода може закипіти навіть при кімнатній температурі. Коли це відбувається в насосі, утворюються бульбашки пари. Вони схлопуються з такою силою, що можуть зруйнувати метал.
Уявіть звичайний чайник. При атмосферному тиску вода кипить при 100°C. А в горах, де тиск нижчий, вона закипає вже при 90°C. Точно так само працює принцип кавітації в насосах. Тільки замість нагрівання у нас падіння тиску.
Кавітаційний запас – що це таке простою мовою
Кавітаційний запас це різниця між тиском на вході в насос і тиском, при якому рідина починає кипіти. Чим більша ця різниця, тим краще для насоса.
Інженери вимірюють кавітаційний запас у метрах водяного стовпа. Звучить складно, але насправді це просто. Один метр водяного стовпа дорівнює тиску, який створює стовп води аналогічної висоти.
Ось проста аналогія. Уявіть, що ви п’єте через соломинку. Якщо соломинка коротка, пити легко. Якщо дуже довга – важко. А якщо занадто довга, взагалі нічого не вийде. Так і з насосом – йому потрібен запас тиску для нормальної роботи.
Читайте також що таке кавітація в насосах
Два важливі поняття: NPSHA і NPSHR
Кавітаційний запас насоса включає два показники. Їх позначають англійськими літерами NPSHA і NPSHR. Не лякайтеся складних назв – суть проста.
NPSHA (доступний запас) – це те, що може дати система. Ніби у вас є певна сума грошей в гаманці. NPSHR (потрібний запас) – це те, що вимагає насос. Як ціна товару, який ви хочете купити.
Правило просте: грошей в гаманці повинно бути більше ціни товару. Тобто NPSHA повинно бути більше NPSHR. Інакше “покупка” не відбудеться – насос почне кавітувати.
Як розрахувати доступний запас (NPSHA)
Формула виглядає страшно, але розберемо по частинах:
NPSHA = Атмосферний тиск + Висота стовпа рідини – Тиск парів – Втрати в трубах
А тепер простими словами:
- атмосферний тиск тисне на поверхню рідини в баку (приблизно 10 метрів водяного стовпа);
- якщо насос стоїть нижче рівня рідини, це плюс до запасу;
- якщо вище – мінус із запасу;
- гаряча рідина “хоче” перетворитися на пару сильніше холодної;
- вузькі труби і повороти “з’їдають” частину тиску.
До речі, цікавий факт. На вершині Евересту атмосферний тиск утричі менший, ніж на рівні моря. Тому там вода кипить вже при 70°C.
Що впливає на кавітаційний запас
Температура рідини
Температура відіграє велику роль. Чим гарячіша рідина, тим сильніше вона прагне перетворитися на пару.
| Температура води | Тиск парів (м.в.с.) |
| 20°C | 0,24 |
| 40°C | 0,75 |
| 60°C | 2,03 |
| 80°C | 4,27 |
| 100°C | 10,33 |
Бачите, як швидко зростає тиск парів? При 100°C він дорівнює атмосферному тиску. Тому гарячу воду перекачувати складніше.
Висота установки насоса
Кожен метр підйому “з’їдає” один метр кавітаційного запасу. А кожен метр опускання насоса нижче рівня рідини дає додатковий метр запасу.
Практична порада: якщо є можливість, ставте насос якомога нижче. У підвалі краще, ніж на горищі.
Трубопроводи і фітинги
Вода не любить перешкод. Кожен поворот, звуження, клапан створює опір. Це знижує кавітаційний запас.
А ось що цікаво – втрати зростають дуже швидко при збільшенні швидкості. Якщо швидкість збільшити в 2 рази, втрати зростуть у 4 рази.
Як зрозуміти, що насос кавітує
Кавітацію легко розпізнати. Насос починає видавати дивні звуки – тріск, клацання, ніби перекачує каміння, сильно вібрувати, втрачати продуктивність, споживати більше електрики.
Є прості способи збільшити кавітаційний запас. Найпростіший спосіб – переставити насос нижче рівня рідини. Кожен метр дає додатковий метр запасу. Також можна збільшити діаметр всмоктуючих труб – широкі труби створюють менший опір. Іноді заміна труби з діаметра 100 мм на 150 мм вирішує всі проблеми. Якщо можливо, знизьте температуру рідини, що перекачується. Кожні 10°C дають помітний виграш у кавітаційному запасі.
Ще рекомендується використовувати бустерний насос – це додатковий маленький пристрій, який створює підпір для основного. Як підсилювач для слабкого сигналу.
Як виміряти кавітаційний запас
На практиці використовують манометр на всмоктуючій лінії насоса. Показання манометра плюс висота до осі насоса дають приблизне значення NPSHA.
Сучасні системи моніторингу відстежують вібрацію насоса. Як тільки починається кавітація, вібрація різко зростає. Система може автоматично зупинити насос або подати сигнал оператору.
До речі, цікавий спосіб діагностики придумали японські інженери. Вони аналізують звук насоса за допомогою штучного інтелекту. Система “чує” початок кавітації раніше людини.
Загальне правило: NPSHA повинно бути більше NPSHR мінімум на 0,5 метра. Для відповідальних застосувань запас збільшують до 1-1,5 метрів.
Часті помилки
Кавітаційний запас це те, про що обов’язково повинні пам’ятати проектувальники. Але часто вони забувають врахувати:
- Підвищення температури рідини в процесі роботи.
- Втрати тиску в трубопровідній арматурі.
- Зниження атмосферного тиску на висоті.
- Знос насоса з часом.
Сьогодні є розумні насоси з вбудованими датчиками. Вони самі контролюють свій стан і попереджають про проблеми. Коштують дорожче звичайних, але окупаються за рахунок надійності. З’явилися нові матеріали, стійкі до кавітаційної ерозії. Спеціальні покриття продовжують термін служби робочих коліс у 10-15 разів.
Кавітаційний запас – важливий момент
Кавітаційний запас насоса це важливий параметр, який не можна ігнорувати. Правильний розрахунок продовжує життя насоса на роки і економить гроші на ремонтах.
Пам’ятайте головне правило: доступний запас завжди повинен бути більший за потрібний. І якщо чуєте дивні звуки від насоса – перевірте кавітаційний запас. Можливо, цим ви врятуєте дороге обладнання.
Насправді, зрозуміти кавітаційний запас не так уже складно. Головне – уявляти фізику процесу і пам’ятати про фактори, які на нього впливають. А сучасні технології роблять контроль ще простішим і точнішим.
