Кавитация в пожарных насосах. Как избежать этого разрушительного явления?

Кавитацией называется процесс образования пузырьков газа или пара в транспортируемой жидкости, с последующим их схлопыванием и высвобождением большого количества энергии. В пожарных насосах это явление возникает, когда давление на входе в насос (со стороны всасывающего патрубка) становится ниже давления насыщенного пара воды. Из-за этого происходит нарушение термодинамического баланса, что приводит к быстрому «закипанию» перекачиваемой жидкости, образованию пустот (они заполнены газом, либо паром). Действие центробежной силы направляет пароводяную смесь в зону нагнетания насоса, где давление среды значительно превышает атмосферное. Из-за этого пузырьки схлопываются, создавая ударные волны.

Основные причины возникновения кавитации в пожарных насосах:

- Установка пожарного насоса на высоте от поверхности водоисточника, превышающей допустимую высоту всасывания.

- Повышенная температура перекачиваемой жидкости, приводящая к увеличению давления насыщенных паров.

- Наличие растворенных газов в жидкости, способствующих образованию газовых пузырьков. Они могут служить центрами кавитации.

- Недостаточный подпор на входе в насос.

- Повышенное гидравлическое сопротивление во всасывающей линии, обусловленное его нерациональной конфигурацией, большой протяжённостью или малым диаметром, засорением всасывающего патрубка. Высокая скорость потока  на входе в рабочее колесо приводит,  согласно уравнению Бернулли, к локальному падению давления.

- Износ элементов насоса - эрозия поверхностей, увеличение зазоров. Это нарушает равномерность потока и создает условия для кавитации.

Последствия кавитации разрушительны, они затрагивают различные аспекты работы пожарных насосов:

- Механические повреждения, эрозия. Следует отметить, что неправильный выбор материалов деталей значительно ускоряет кавитационные разрушения.

- Снижение эффективности работы насоса. Кавитация приводит к изменению рабочих характеристик насоса, снижению параметров его работы (подачи, напора, КПД), увеличению потребляемой мощности при снижении полезной работы.

- Динамические явления, которые оказывают негативное влияние на работу всей системы и могут усложнить работу пожарных (гидравлические удары, вибрация, сильный шум во время работы насоса, возникающий из-за единовременного схлопывания большого количества пузырьков).

- Экономические потери (затраты на ремонт и замену насосов из-за их внезапного выхода из рабочего состояния, возрастание энергопотребления при снижении полезной работы).

Методы предотвращения кавитации:

- Обеспечение достаточного подпора на входе в насос (оптимальное расположение насоса относительно водоисточника с учетом кавитационного запаса данного насоса, использование в системе бустерных насосов).

- Совершенствование конструкции насосов, применение кавитационно-стойких материалов.

- Оптимизация всасывающей линии (увеличение диаметра и сокращение длины, минимизация местных сопротивлений, таких как резкие повороты, сужения и т.п., установка фильтров).

- Регулирование режима работы насоса для обеспечения эксплуатации в оптимальной зоне характеристик, в частности частотное регулирование.

- Регулярное техническое обслуживание (замена изношенных деталей, очистка или своевременная замена фильтров).

- Диагностика насосного оборудования для своевременного выявления кавитационных процессов.

- Плавный пуск и остановка насосов.

- Удаление растворенных газов в жидкости перед подачей в насос, контроль температуры перекачиваемой жидкости.

Кавитация является серьезной проблемой и игнорировать ее нельзя. Зная причины возникновения кавитации и методы ее предотвращения, можно значительно снизить риски, связанные с этим явлением.