Kawitacja

Kawitacja (z łac. Cavum - “ubytek”) jest zjawiskiem powstającym tylko i wyłącznie w cieczach, polegającym na powstawaniu i nagłym zanikaniu pęcherzy próżniowych wypełniających się parą. Podczas gwałtownego przyśpieszenia cieczy następuje przemiana fazowa z ciekłej w gazową, gdzie mamy do czynienia ze spadkiem ciśnienia. Gdy ciecz opuści obszar szybkiego przepływu, następuje wzrost
ciśnienia, co powoduje zapadanie się pęcherzyków i powstanie tzw. implozji.

Kawitację powoduje lokalny spadek ciśnienia poniżej ciśnienia wrzenia danej cieczy. Może to być skutkiem lokalnego wzrostu prędkości, rozchodzenia się fal ciśnienia lub fal akustycznych wysokiej częstotliwości.

Mikro implozje powstające z częstotliwością tysięcznej sekundy uderzają w powierzchnię elementów składowych pompy, wyrywając drobiny z:
a) wirnika

b) przegrody pompy

W ten sposób powstałe ubytki osłabiają elementy konstrukcyjne maszyny zwiększając szansę na awarie lub całkowite uszkodzenie pompy. Kawitację można rozpoznać na podstawie wzrostu drgań lub głośnej “metalicznej” pracy urządzenia.

Suchobieg

Kolejnym z przykładów niepożądanych warunków pracy pompy jest suchobieg. Przyczyną suchobiegu jest zaniedbanie ze strony użytkownika, m.in. brak zabezpieczeń urządzeń przed suchobiegiem, brak informacji i wpływu na przerwy w dostawie wody z bieżącego źródła oraz ograniczona ilość wody w zbiorniku - układ zamknięty. Konsekwencją suchobiegu jest przegrzanie elementów pompy m.in. uszczelnienia mechanicznego, abrazja, wibracje lub całkowite uszkodzenie części pompy.

Na załączonym zdjęciu przedstawiono przypadek osłabienia wirnika wżerami kawitacyjnymi,
następnie suchobieg pompy doprowadził do zatarcia elementów pompy oraz oderwania fragmentów,
które uszkodziły łopatki wirnika.

Pierścień cieczowy
Ostatnim przykładem niepożądanych warunków pracy pompy jest nadmiar lub niedomiar cieczy wpływający na rozmiar pierścienia wodnego, w pompach próżniowych, transportujących mieszaniny ciecz-gaz.

Poprzez energię mechaniczną przekazywaną przez wał do wirnika w komorze pompy tworzy się cylindryczny pierścień wodny. W trakcie pracy pierścienia, pomiędzy łopatkami wirnika a cieczą tworzą się komory kompresujące, które transportują mieszaninę cieczy i gazu z portu ssawnego do portu tłocznego (inlet opening → outlet opening). W kolejnym etapie konstrukcja pompy sprawia, iż
mieszanina zostaje rozdzielona: ciecz z racji większej masy właściwej wraca ponownie do pierścienia, zaś gaz trafia do króćca tłocznego.

Niedostateczna ilość dostarczanej wody ogranicza rozmiar pierścienia cieczowego co bezpośrednio przekłada się na spadek osiąganej próżni. Z drugiej strony nadmiar wody powracający jako skraplająca się para wodna, przykładowo w systemach sterylizacji i autoklawach, powiększa pierścień wodny, znacząco utrudniając i obciążając urządzenie, prowadząc do zatarcia pompy lub
uszkodzenia wirnika.

Równie istotnym elementem jest temperatura pierścienia wodnego, która bezpośrednio wpływa na osiąganą próżnię. Optymalna temperatura pracy pierścienia wodnego to ok. 59ºF (~15ºC). Złej jakości woda w pierścieniu w połączeniu z wysoką temperaturą pary wodnej, prowadzi do osadzania się węglanu wapnia i magnezu, co w dłuższym okresie czasu i nawarstwienia, wpływa na drożnośc
pracy układu.

Rozwiązaniem dla powyższej problematyki jest dbałość o warunki pracy pompy oraz regularny serwis urządzenia. Bezpośrednio pozwoli nam to na podjęcie wcześniejszych działań oraz ograniczy straty materialne przedsiębiorstwa związane z niespodziewanymi przestojami pracy układu czy produkcji.

Istotna porcja wiedzy, ciekawostki techniczne oraz praktyka pompowa już w kolejnych artykułach...
inż. Ernest Matuszyński, doradca techniczno-handlowy Speck-Pumpen

Krupiński Pompy Speck