Kavitatsioon ja NPSH
NPSH “net positive suction head” ehk ka kavitatsioonivaru on üks probleemsematest mõistetest pumpade hüdraulikas. Paljudes artiklites on räägitud kavitatsiooni poolt tekitatavatest probleemidest, kuid reeglina ei avata mõistet ennast. Allpool räägin lihtsustatult lahti kavitasiooni ja NPSH seosed.
Tsentrifugaalpumbaga süsteemi koostamisel ja pumpade valikul tuleb alati probleemide vältimiseks võtta arvesse kavitatsioonivaru nõudmist, (edaspidi NPSH).
Kui pumbatava vedeliku aurustumisrõhk on madalam kui absoluutne rõhk vedeliku töörattasse sisenemistsoonis, tekivad vedelikus aurumullid. Pumba töötamisel liiguvad tekkinud aurumullid mööda tööratta laba pinda tsentrist eemale. (Joon. 1)
Selliselt liikudes suureneb pidevalt mulle ümbritseva vedeliku rõhk. Kui mull jõuab tsooni, kus ümbritseva vedeliku rõhk on suurem kui rõhk mulli sees, kukub mull kokku - kollapseerub. Nähtus on vastupidine plahvatusele. Reeglina on selliseid mulle sadu ja nad kollapseeruvad töörattalabal kõik praktiliselt samal joonel.
Selline kollaps tekitab nii hüdraulilisi kui ka mehaanilisi probleeme. Ning antud olukorra vältimiseks kehtestataksegi pumbavalmistaja poolt minimaalse vajaliku kavitatsioonivaru nõudmine, mille puhul antud nähtust ei teki või on ta minimaalne. Seda nõudmist tähistatakse kui NPSHr ja ühikuks on meetrit vedeliku sammast. (NPSHr – “required” – nõutav so. pumba tööks vajalik).
Kollapseeruvad mullid tekitavad spetsiifilise heli, nagu liiguksid pumbas väikesed kivid. Müra võib osutuda nii tugevaks, et mõjutab oluliselt töökeskkonda.
Teiseks ja probleeme tekitavaks nähtuseks on pumba graafikult “alla kukkumine”. Pump annab kaviteerides oodatust palju väiksema rõhu ja jõudluse (Joon. 2).
Kolmandaks nähtuseks on mehaanilised vigastused, mis kavitatsiooni tagajärjel tekivad. Kavitatsioon tekitab tõsise vibratsiooni, kuna töörattal vahelduvad gaasimullid ja vedelik tekitavad ebaühtlase koormatuse. Iga mulli tekib ka lõhkemisel lööklaine mis purustab ajapikku tööratta, eemaldades sealt portsjonite kaupa ainet. Protsessi kiirus ehk eemaldatava aine kogus sõltub kavitatsiooni intensiivsusest ja tööratta materjalist.
Kui tööratas on valmistatud ferriitsest materjalist nagu näiteks malm, siis vee pumpamisel korrodeeritakse malmi ja samal ajal ka toimub lööklaine tagajärjel erosioon. Kui kasutatav materjal on korrosioonikindlam nagu näiteks pronks, on tegemist ainult lööklaine poolt tekitatud erosiooniga, kuid materjali väiksem kõvadus annab kohrutusele sarnase erosioonijälje, mis sarnaneb väikese kohrutushaamriga pinda töödeldes saaduga. Kõrge korrosioonikindlusega materjalid nagu roostevaba teras, dupleks jms. kannatavad tänu oma kõvadusele lööklaine erosiooni ehk kavitatsiooni kauem, kuid agresiivne kavitatsioon häivtab piisava aja möödudes igasuguse tööratta ja lõhub pumba laagrid.
Piisava aja vältel tekitab kavitatsioon töörattasse augu, kuid ennem veel tekivad mehhaanilised probleemid kuna tööratas pole enam balansseeritud ja vibratsioon hävitab nii laagrid kui ka tihendid.
Ülal on kirjeldatud tulemust NPSH normi rikkumisel. Järgnevalt toome ära praktikas kasutuskõlbliku ligikaudse lähenemise NPSH väärtustele.
NPSHa (NPSH “availible” – olemasolev).
*Kasutame rahvusvaheliselt käibelolevaid kirjaviise) on arvutatav valemist:
NPSHa= p – Hh + Hs – Hvp kus, (1)
p on absoluutne rõhk,
Hh on kadu torustikus hõõrdumisel
Hs on vedelikupeegli staatiline kõrgus pumba tööratta teljest. Kui imupoole vedelikupeegel on pumbast allpool, on staatiline kõrgus negatiivne.
Hvp on vedeliku aurustumisrõhk
Kõik ühikud on meetrites või jalgades veesammast.
Avatud süsteemis on õhurõhul 760 mm/Hg on meie atmosfääri poolt olemas NPSHa 10,33 mvs. Antud rõhk mõjub vedelikupeeglile (valemis p).
Praktikas kasutatakse ühikut mvs (meetrit veesammast, lühidalt meetrit inglis k. mwc – meter water column)
Tuleb meeles pidada, et kui opereerime vedelikega mille erikaal ei ole üks tuleb alati tehted erikaaluga läbi korrutada.
Pumpade valikul on vajalik tagada, et: NPSHa>NPSHr
(NPSHr – “required” – nõutav so. pumba tööks vajalik).
NPSHr sõltub peale pumba konstruktsiooni ka tööpunkti asukohast rõhu/jõudluse graafikul ja esitatakse pumbagraafikutel eraldi graafikuna NPSHr / jõudlus.
Joonisel 3 on toodud järgmised suurused:
Hs – pumba staatiline imemiskõrgus , Valem 1
Hd – pumba staatiline diferentsiaalrõhk.
Pumba absoluutse diferentsiaalrõhu saame liites antud staatilisele suurusele kaod torustikus voolamisel)
