Los factores que afectan la cavitación de las bombas centrífugas deben considerarse en el diseño y uso de bombas centrífugas. En los últimos años, se han realizado muchas investigaciones en el país y en el extranjero. Sin embargo, debido a los diferentes enfoques de la investigación, y la mayoría de ellos son investigaciones sobre un determinado parámetro que afecta la cavitación de las bombas centrífugas, los resultados de la investigación están dispersos y algunos puntos de vista son contradictorios. Este artículo sintetiza una gran cantidad de literatura nacional y extranjera, compara y analiza los resultados de investigaciones relevantes sobre los factores que afectan la cavitación de las bombas centrífugas y obtiene un factor principal relativamente completo que afecta la cavitación de las bombas centrífugas.

1. Influencia de las propiedades físicas de los fluidos.

La influencia de las propiedades físicas del fluido en la cavitación de la bomba centrífuga incluye principalmente la pureza, el valor del pH y la concentración de electrolitos del fluido transportado, la cantidad de gas disuelto, la temperatura, la viscosidad cinemática, la presión de vaporización y las propiedades termodinámicas.

(1) La influencia de la pureza (concentración de partículas sólidas contenidas) Cuantas más impurezas sólidas contenga el fluido, más aumentará el número de núcleos de cavitación. Acelerando así la aparición y desarrollo de la cavitación.

(2) La influencia del valor del pH y la concentración de electrolitos. El mecanismo de cavitación de las bombas centrífugas que transportan medios polares (como el general). bombas de agua ) y las bombas centrífugas que transportan medios no polares (bombas que transportan sustancias orgánicas como benceno y alcanos) son diferentes. El daño por cavitación de las bombas centrífugas que transportan medios polares puede incluir acción mecánica, corrosión química (relacionada con el valor del PH del fluido), corrosión electroquímica (relacionada con la concentración de electrolitos del fluido); y daños por cavitación en bombas centrífugas que transportan medios no polares Probablemente sólo por acción mecánica.

(3) Efecto de la solubilidad del gas Estudios extranjeros han demostrado que el contenido de gas disuelto en el fluido promueve la generación y desarrollo de núcleos de cavitación.

(4) Efecto de la presión de gasificación La investigación muestra que con el aumento de la presión de gasificación, el daño por cavitación primero aumenta y luego disminuye. Porque con el aumento de la presión de gasificación, la cantidad de núcleos de burbujas inestables formados en el fluido también aumenta, lo que resulta en un aumento en la cantidad de rupturas de burbujas, un aumento en la intensidad de las ondas de choque y un aumento en la tasa de cavitación. Sin embargo, si la presión de gasificación continúa aumentando, el número de burbujas aumenta hasta cierto límite y el grupo de burbujas forma un "espacio entre capas", que impide que la onda de choque viaje y debilita su fuerza, y el grado de daño a la cavitación aumentará. disminuir gradualmente.

(5) Efecto de la temperatura El cambio de temperatura en el fluido provocará grandes cambios en la presión de gasificación, la solubilidad del gas, la tensión superficial y otras propiedades físicas que afectan la cavitación. Se puede ver que el mecanismo de influencia de la temperatura sobre la cavitación es relativamente complicado y debe juzgarse en combinación con la situación real.

(6) Efecto de la tensión superficial Cuando otros factores permanecen constantes, reducir la tensión superficial del fluido puede reducir el daño por cavitación. Porque a medida que disminuye la tensión superficial del fluido, disminuye la intensidad de la onda de choque generada por el colapso de la burbuja y disminuye la tasa de cavitación.

(7) Influencia de la viscosidad del líquido Cuanto mayor es la viscosidad del fluido, menor es la velocidad del flujo, menor es el número de burbujas que llegan al área de alta presión y menor es la intensidad de la onda de choque generada por el estallido de las burbujas. . Al mismo tiempo, cuanto mayor es la viscosidad del fluido, mayor es el debilitamiento de la onda de choque. Por lo tanto, cuanto menor sea la viscosidad del fluido, más severo será el daño por cavitación.

(8) Efecto de la compresibilidad y densidad del líquido Con el aumento de la densidad del fluido, la compresibilidad disminuye y la pérdida por cavitación aumenta.

2. La influencia de las características materiales de las partes mojadas.

El daño por cavitación de la bomba se refleja principalmente en el daño al material de las piezas por las que pasa el flujo. Por lo tanto, las propiedades del material de las piezas que pasan el flujo también afectarán la cavitación de la bomba centrífuga hasta cierto punto, y el uso de materiales con buena resistencia a la cavitación para fabricar las piezas que pasan el flujo es una medida eficaz para reducir el impacto de Cavitación en bombas centrífugas.

(1) Dureza del material Tomando como ejemplo el impulsor hecho de AISI304, la cavitación provocará un endurecimiento por trabajo y una transformación de fase del material del impulsor para inducir acero martensítico, y este cambio a su vez evitará una mayor cavitación del material. La resistencia a la cavitación del acero martensítico inducido por endurecimiento por trabajo y transformación de fase depende principalmente de la dureza del material del impulsor.

(2) Endurecimiento por trabajo y resistencia a la fatiga Cuanto mayor sea el índice de endurecimiento por trabajo del material, mejor será la resistencia a la fatiga y mejor será la resistencia a la cavitación del material.

(3) Efecto de la estructura cristalina En el caso de otras condiciones determinadas, la tasa anticavitación es función de la microestructura. En el sistema de cristal cúbico, debido a la alta sensibilidad a la velocidad de deformación del metal de la red cúbica centrada en el cuerpo, cuando la velocidad de deformación aumenta, causará una rápida fractura frágil transgranular y fractura por escisión, y conducirá a la formación de corrosión por picaduras, lo que resultará en mayor Alta tasa abrasiva. Para metales con una red hexagonal compacta, cuando la relación axial está cerca del ideal y en un ambiente de cavitación, los seis sistemas de deslizamiento se activan y se transforman rápidamente en un FCC estable, absorbiendo el trabajo realizado por la tensión de cavitación, y haciendo que la tasa de erosión disminuya. Para metales con una red cúbica centrada en las caras, existen muchos sistemas de deslizamiento y la reología plástica se producirá bajo tensión elevada. Por tanto, el período de incubación es largo y la tasa de abrasión se reduce. En resumen, durante el proceso de cavitación, la transición de BCC a HCP o de FCC a HCP mejorará la resistencia a la cavitación.

(4) Efecto del tamaño de grano Cuanto menor sea el tamaño de grano del material metálico utilizado en el impulsor, mejor será la resistencia a la cavitación. Debido a que el tamaño del grano del metal es más pequeño, el grano fino aumenta el límite del grano, se dificulta el deslizamiento por dislocación y aumenta la resistencia de la grieta en la expansión, lo que prolonga la vida de abrasión.

3. La influencia del diseño de la estructura de la bomba centrífuga.

En términos del diseño de la estructura de la bomba centrífuga, la influencia principal en las características de cavitación de la bomba se puede dividir en dos aspectos: diseño del cuerpo de la bomba y diseño del impulsor. Los estudios han demostrado que el factor directo que afecta el rendimiento de la cavitación de las bombas centrífugas es la uniformidad del flujo local en la entrada del impulsor, por lo que el diseño de la estructura del impulsor tiene un mayor impacto en la cavitación de las bombas centrífugas que el diseño del cuerpo de la bomba, y es el principal factor que influye.

(1) Efecto de la estructura del impulsor sobre el rendimiento de cavitación de una bomba centrífuga

La estructura del impulsor de una bomba centrífuga tiene una influencia importante en el rendimiento de cavitación de la bomba, y una estructura de impulsor razonable puede mejorar el rendimiento de cavitación de la bomba.

1) Espesor de entrada de lama. El desplazamiento de las palas aumenta la velocidad del fluido en la entrada, lo que provoca una pérdida de presión. Elegir un espesor de entrada de la pala más pequeño puede reducir el impacto de la pala en el flujo de líquido, aumentar el área de flujo en la entrada de la pala, reducir el desplazamiento de la pala, reduciendo así la velocidad absoluta y relativa de la entrada de la pala, y mejorar la anti -rendimiento de cavitación de la bomba.

2) La rugosidad de la superficie del canal de flujo de entrada del impulsor. La rugosidad de la superficie del canal de flujo de entrada del impulsor de la bomba centrífuga se puede dividir en dos categorías: una son protuberancias rugosas aisladas (como inclusiones obvias de escoria en la superficie del canal de flujo que sobresale o bordes de transición obvios mecanizados y sin procesamiento, etc. .), la otra son Las clases son protuberancias rugosas que se distribuyen uniformemente a lo largo de una porción de toda la superficie. Los estudios han demostrado que las protuberancias rugosas aisladas causarán impactos y vórtices adicionales en el flujo de líquido, por lo que el riesgo de cavitación es mucho menor para asperezas distribuidas uniformemente a lo largo de toda la superficie que para protuberancias rugosas aisladas de la misma altura. Se puede ver que el necesario pulido de la superficie del canal de flujo rugoso, especialmente la superficie con protuberancias rugosas aisladas, es una medida eficaz para mejorar el rendimiento anticavitación de la bomba centrífuga.

3) El área de la garganta de entrada de la hoja. El área de la garganta de la entrada de la pala tiene una gran influencia en el rendimiento de cavitación de la bomba centrífuga. Si el área de la garganta de la entrada de la pala es pequeña, incluso si la relación entre el área de flujo en la entrada de la pala y el área de la sección transversal de la entrada del impulsor se diseña razonablemente, es posible que todavía no se logre el rendimiento de cavitación ideal. Si el área de la garganta de entrada de la pala del impulsor es demasiado pequeña, la velocidad absoluta del flujo de líquido en la entrada de la pala aumentará, lo que dará como resultado una disminución en el rendimiento anticavitación de la bomba centrífuga.

4) Número de hojas. El número de palas en el impulsor de la bomba centrífuga tiene una gran influencia en la elevación, la eficiencia y el rendimiento de cavitación de la bomba. Por supuesto, el uso de menos palas del impulsor puede reducir la superficie de fricción y facilitar su fabricación, pero su efecto de guía sobre el fluido ha empeorado y el uso de más palas puede reducir la carga sobre las palas y mejorar la cavitación inicial. características, pero si el número de palas es demasiado grande, el grado de desplazamiento aumentará y el ancho entre palas adyacentes disminuirá, lo que fácilmente formará grupos de burbujas para bloquear el canal de flujo, lo que resultará en un rendimiento deficiente de la cavitación de la bomba. Por lo tanto, al seleccionar el número de palas del impulsor, por un lado, es necesario minimizar el desplazamiento y la superficie de fricción de las palas, y por otro lado, es necesario hacer que la trayectoria de las palas tenga una longitud suficiente para garantizar la estabilidad. del flujo de líquido y el efecto total de las palas sobre el líquido. En la actualidad, no existe una regla definida y generalmente aceptada para el valor del número de hojas. Sin embargo, una gran cantidad de estudios han demostrado que para el diseño de bomba centrífuga específica, la aplicación del método de simulación numérica de campo de flujo CFD puede determinar efectivamente el rango óptimo del número de palas del impulsor.

(2) Efecto de los parámetros de succión del impulsor sobre el rendimiento de cavitación de una bomba centrífuga

Los parámetros de la entrada de succión del impulsor son los parámetros estructurales relevantes que determinan el área de la entrada de la pala del impulsor, incluido el ángulo de ataque de la entrada de la pala, el diámetro de entrada del impulsor, el ancho del canal de flujo de entrada de la pala y el diámetro del cubo. .

1) El ángulo de ataque de entrada de la pala Δβ generalmente toma el ángulo de ataque positivo (3°~10°). Debido al ángulo de ataque positivo, se aumenta el ángulo de entrada de la pala, de modo que se puede reducir eficazmente la flexión de la pala, se aumenta el área de flujo de la entrada de la pala y se reduce el desplazamiento de la pala. Estos factores reducirán v0 y ω0 y mejorarán el rendimiento anticavitación de la bomba. Y cuando aumenta el caudal de la bomba centrífuga, el ángulo de flujo relativo de la entrada aumenta, y el ángulo de ataque positivo puede evitar el ángulo de ataque negativo cuando la bomba opera con un caudal alto, lo que hace que λ2 aumente bruscamente (como se muestra en la la siguiente figura). Una gran cantidad de estudios han demostrado que aumentar el ángulo de entrada de la pala y mantener el ángulo de ataque positivo puede mejorar el rendimiento anticavitación de la bomba y tener poco efecto en la eficiencia. Sin embargo, la elección del ángulo de ataque tiene un valor óptimo para el rendimiento anticavitación de la bomba centrífuga. No es que cuanto mayor sea el ángulo de ataque, mejor. Debe analizarse y seleccionarse según la situación real.

2) El diámetro de entrada del impulsor. En el caso de flujo constante, la velocidad absoluta y relativa del flujo de líquido en la entrada del impulsor es función del diámetro de la tubería de succión. Por lo tanto, para mejorar las características anticavitación de la bomba centrífuga, existe un valor óptimo del diámetro de entrada del impulsor. Cuando el diámetro de entrada del impulsor es menor que el valor óptimo, la velocidad del flujo en la entrada disminuye con el aumento del diámetro del impulsor y el rendimiento de cavitación de la bomba centrífuga continúa mejorando. Sin embargo, cuando el diámetro del impulsor excede el valor óptimo, para un caudal determinado, a medida que aumenta el diámetro de entrada, se formará una zona de estancamiento y un flujo inverso en la entrada del impulsor, lo que deteriorará gradualmente el rendimiento de cavitación de la bomba centrífuga.

3) El ancho del corredor de entrada de la cuchilla. Cuando las condiciones de trabajo de la bomba centrífuga permanecen sin cambios, aumentar el ancho del canal de flujo en la entrada de la paleta reducirá la velocidad del componente de superficie axial de la velocidad absoluta del flujo de líquido, mejorando así las características de cavitación de la bomba centrífuga y afectando la Presión hidráulica de la bomba centrífuga. La eficiencia y la eficiencia volumétrica se ven menos afectadas.

4) Diámetro del cubo. Reducir el diámetro del cubo del impulsor aumentará el área de entrada real del canal de flujo del impulsor, mejorando así el rendimiento de cavitación de la bomba centrífuga.

5) El radio de curvatura de la tapa frontal del impulsor. Cuando el fluido fluye desde el puerto de succión de la bomba centrífuga hasta la entrada del impulsor, debido a la constricción del canal, la velocidad del fluido aumenta, lo que resulta en una cierta pérdida de presión. Al mismo tiempo, dado que la dirección del flujo de fluido cambia de axial a radial durante este proceso, también se producirá cierta pérdida de presión debido al campo de flujo desigual en el giro. Se puede ver que el radio de curvatura de la cubierta frontal del impulsor afecta directamente la pérdida de presión y luego afecta las características de cavitación de la bomba centrífuga. El uso de un radio de curvatura mayor puede reducir el cambio de velocidad del flujo en el punto de giro del flujo de líquido en la cubierta frontal, hacer que la velocidad del flujo sea uniforme y estable y mejorar el rendimiento de cavitación de la bomba centrífuga.

4. Otras influencias:

1. Interacción de parámetros

Hasta ahora, la investigación sobre los factores de influencia de la cavitación de las bombas centrífugas se centra únicamente en un determinado parámetro, y rara vez se estudia la influencia mutua entre varios parámetros. Sin embargo, la influencia de los parámetros estructurales es un todo unificado y se restringen e influyen mutuamente. Las investigaciones futuras deberían orientarse hacia factores de influencia integrales.

2. Condiciones de funcionamiento de la bomba centrífuga.

Durante el uso real de la bomba centrífuga, debido a las condiciones de operación extremadamente complejas, el flujo de entrada y la presión de la bomba cambian constantemente. Por lo tanto, las condiciones de trabajo reales de la bomba centrífuga a menudo se desvían mucho de las condiciones de trabajo experimentales y diseñadas. La posibilidad de cavitación va mucho más allá de la predicción del experimento.

resumen

Debido a que el mecanismo de cavitación es muy complejo, hay muchos factores que afectan la cavitación de las bombas centrífugas, y varios factores no actúan de forma aislada, y existen interacciones e influencias mutuas entre diferentes factores que influyen. Por lo tanto, al estudiar el rendimiento de la cavitación de las bombas centrífugas, el mecanismo y los factores que afectan la cavitación de la bomba deben considerarse de manera integral en combinación con la situación real. En los últimos años, con el desarrollo de la tecnología CFD, la simulación numérica del campo de flujo en la bomba centrífuga ha proporcionado un nuevo medio para estudiar el rendimiento de la cavitación de la bomba centrífuga bajo la influencia de diversos factores. Sin embargo, en la actualidad, la mayoría de las simulaciones numéricas CFD de bomba centrífuga cavitación todavía se limitan al estudio de la influencia de un solo factor en el rendimiento de la cavitación de la bomba. Investigaciones futuras deberían prestar más atención a la influencia de la interacción de diferentes factores en el rendimiento anticavitación de las bombas centrífugas.