Кавитация центробежного насоса: как её узнать и что проверить на входе

Кавитация насоса — это вскипание жидкости на входе в рабочее колесо: давление там падает ниже давления насыщенного пара, пузыри пара схлопываются дальше по потоку и выбивают металл. Простыми словами это не воздух в трубе и не слабый двигатель. У центробежного насоса повод проверить вход — треск, похожий на гравий, и ямки на входных кромках лопастей. До замены колеса смотрят подпор: уровень, температуру, потери во всасывающей линии и кавитационный запас с кривой производителя на фактическом расходе. Более мощный двигатель давление на входе не поднимает.

Что такое кавитация насоса простыми словами

Кавитация насоса — это местное вскипание жидкости там, где давление стало ниже давления её насыщенного пара, и удар от схлопывания пузырей, когда давление снова выросло.

У центробежного насоса эту проверку ведут на входе в рабочее колесо. Лопасть разгоняет поток, и статическое давление на входе падает. Если оно становится ниже давления пара, жидкость вскипает, хотя в баке она ещё не кипит. Порог задают давление и температура вместе, а не один градусник на ёмкости.

Дальше по лопасти давление растёт, пар конденсируется, пузырь схлопывается, удар приходится на металл. Отсюда треск и раковины на входных кромках. Это пар самой жидкости. Воздух, который насос подсосал через фланец, проверяют отдельно: по звуку эти два случая не разделяют.

Насос может быть исправен и всё равно кавитировать, если на входе не хватает давления. Новое колесо на том же всасе стоит в том же давлении: раковины могут появиться снова, пока вход не изменён.

В паспорте ограничение по входу указывают как кавитационный запас. По ISO 9906:2012 величина для кривых называется NPSH3: это напор на входе, при котором полный напор первой ступени уже упал на 3%. На этой линии просадка на испытании уже есть. На сколько выше NPSH3 держать постоянную работу, стандарт одной цифрой не задаёт: смотрят кривую производителя на фактическом расходе. Не каждый паспорт подписан именно как NPSH3, поэтому в расчёт берут ту величину и ту кривую, которые дал производитель на эту модель.

Как отличить кавитацию от другой поломки

Кавитацию центробежного насоса отличают не по одному треску, а по тому, что происходит с шумом при изменении уровня, расхода и всаса, и по тому, где именно сработан металл. Остальные отказы насоса здесь не разбираются. Они собраны отдельно, в материале о 7 причинах преждевременных поломок. Ниже только развилка: это вскипание на входе или что-то соседнее, что звучит похоже. Таблица ниже - что снять до замены колеса. Она не ставит диагноз по одному звуку и не заменяет замер давления.

Что видите	Что снять сначала	Чего не делать по одному звуку
Треск, похожий на гравий	Уровень, температуру, фильтр, положение задвижки на всасе, фактический расход	Не менять двигатель, пока эти показания не записаны
Подача рывками, бульканье	Фланцы и прокладки всаса, уровень, нет ли воронки у патрубка	Не записывать это сразу как нехватку кавитационного запаса
Корпус греется, жидкости в насосе нет	Есть ли среда на входе и что блокирует пуск при пустом баке	Не искать NPSH у насоса без жидкости
Ровный гул на оборотах при полном баке и свободном всасе	Подшипник, муфту, нет ли натяга труб на патрубках	Не начинать с замены диаметра всаса
Металл ушёл по всей проточной части, не только на входных кромках	Среду и материал колеса	Не списывать всю выработку на кавитацию
Шум сильнее на малом расходе, бак при этом полный	Точку на кривой: расход и напор сейчас	Не добавлять уровень, пока не ясна рабочая точка

Если шум пропал после уплотнения фланца, а уровень и температура те же, менялась герметичность всаса. Если шум растёт при снижении расхода, а бак полный, сначала смотрят рабочую точку.

Колесо осматривают на остановленном и осушенном насосе, по регламенту площадки. Ямки, собранные на входных кромках, согласуются с кавитацией на входе. Выработка по всей проточной части сама по себе кавитацию не доказывает: так же выглядит абразив и коррозия. Для агрессивной среды материал разбирают отдельно.

Что проверить на входе до замены колеса

До замены колеса проверяют вход: кавитация центробежного насоса начинается там, где давление жидкости сравнивается с давлением её пара. Смысл проверки один. Доступный запас установки, NPSHa, сравнивают с кавитационным запасом насоса на том расходе, который есть сейчас, а не на максимуме с шильдика. NPSHa считают по схеме всасывания. Запас насоса берут с кривой производителя. На карточке JLP 20-36-5.5 этой кривой нет. Порядок такой:

1Минимальный уровень за смену, не полный бак в начале. Подпор - высота жидкости над осью насоса в худший момент.
2Температура жидкости сейчас. Давление пара растёт с температурой. Замер на холодной воде не описывает горячий режим.
3Давление над жидкостью, если ёмкость закрыта. Разрежение уменьшает запас, избыточное давление его увеличивает.
4Всасывающая линия: диаметр, длина, фильтр, грязевик, прикрытая задвижка, колено у фланца. Это потери, их вычитают из подпора. Прикрытая задвижка на всасе сама снижает давление перед колесом.
5Неплотности и воронка. Смотрят фланцы, прокладки и опорожнение бака ниже патрубка.
6Фактический расход. Запас с кривой берут на этом расходе. Максимальный расход и максимальный напор с таблички - два края характеристики, не один режим.

Если на всасе есть манометр или вакуумметр, показание записывают вместе с уровнем и температурой. По одному прибору причину не назначают: давление на фланце не равно давлению на кромке лопасти.

Оценка для открытого бака, без скоростного напора:

NPSHa ≈ (p_атм — p_пара) / (ρ · g) + h_подпор — h_потерь всаса

h_подпор положителен, когда уровень выше оси насоса, и отрицателен, когда насос стоит выше уровня. p_атм и p_пара — абсолютные давления. Это схема проверки. Замер на патрубке и кривая насоса её не заменяют.

Совпадение NPSHa с NPSH3 — уже точка, где на испытании напор первой ступени упал на 3%. Запас сверх этой линии одной цифрой на все насосы не задаётся. Его смотрят по кривой на фактическом расходе, с тем уровнем и той температурой, которые бывают на линии. В чек-листе подбора промышленного насоса проверка NPSH стоит шагом выбора. Здесь тот же шаг для насоса, который уже шумит.

Почему на горячей воде запас на входе меньше

На горячей воде доступный подпор падает, потому что растёт давление насыщенного пара: из атмосферного давления вычитается всё большая доля, и на входе в колесо остаётся меньше метров. Ниже расчёт для воды, не для молока, щёлочи и нефтепродукта. Открытый бак, уровень на оси насоса, уровень моря, p_атм = 101,3 кПа, плотность 1000 кг/м³. Потери всаса не подставлены: у каждой линии они свои. Давление насыщенного пара воды: 2,34 кПа при 20 °C, 47,4 кПа при 80 °C, 101,3 кПа при 100 °C. Напор от давления в метрах: разность давлений в килопаскалях делят на 9,81.

Температура воды	Давление пара	(101,3 - p_пара) / 9,81
20 °C	2,34 кПа	(101,3 - 2,34) / 9,81 ≈ 10,1 м
80 °C	47,4 кПа	(101,3 - 47,4) / 9,81 ≈ 5,5 м
100 °C	101,3 кПа	0 м

При 20 °C атмосфера даёт около 10,1 м до вычета потерь и до поправки на уровень. При 80 °C остаётся около 5,5 м. При 100 °C вклад атмосферы равен нулю. Если при этой температуре насос ещё и выше уровня, h_подпор отрицательный: запас ниже нуля, пока нет уровня над осью насоса или давления в закрытой ёмкости.

Из табличных метров вычитают потери всаса. Плотность горячей воды ниже 1000 кг/м³, поэтому для точного перевода давления в метры берут плотность при рабочей температуре. На сироп, щёлочь мойки и углеводород таблицу воды не переносят: у них другое давление пара.

Какие последствия остаются после треска

Последствия кавитации центробежного насоса — шум, вибрация, падение подачи и напора, раковины на входных кромках лопастей. На линии NPSH3 напор первой ступени на испытании уже ниже на 3%.

Уплотнение и подшипники могут получить нагрузку от вибрации. Замена двигателя давление перед лопастью не поднимает. Новое колесо ставят после того, как изменён вход: иначе оно работает при том же давлении, при котором появились раковины.

Когда проверка всаса не отвечает на вопрос

Проверка подпора не отвечает на вопрос, если шум сидит не в нехватке давления на входе. Таблица выше задаёт, что снимать при воздухе, сухом ходе, гуле на оборотах, выработке металла и шуме на малом расходе. Сверх неё остаются три границы.

1Пена и свободный газ, в том числе возврат мойки с воздухом, этой проверкой подпора не закрываются.
2Винтовой и мембранный насос по этой таблице не проверяют: у них другой вход.
3Таблица пара воды - не режим продукта и не паспорт насоса. Для жидкости нужно её давление пара, для насоса - запас с кривой производителя. Если шум стихает, когда поднимают уровень или промывают фильтр, менялся вход. Более мощный двигатель это давление не поднимает.

Совместимость материала с кислотой и щёлочью, если металл уходит по всей проточной части, разобрана отдельно: химические насосы.

Что оставить из проверки, если треск стих

Если треск стихает, когда поднимают уровень или промывают фильтр на всасе, сначала оставляют то условие на входе, при котором шум пропал. Сравнивают два момента: когда насос трещит и когда затихает.

1Записывают уровень, температуру и положение задвижки на всасе в оба момента.
2Прикрытую задвижку на всасе открывают. Если расход нужно снизить, это делают на напоре или частотой вращения, не задвижкой на входе.
3Забитый фильтр увеличивает потери на той же жидкости. Его состояние проверяют по регламенту площадки, не по появлению треска.
4Новое колесо ставят после того, как вход держит режим без треска.
5Если бак полный, всас свободный, а шум растёт на малом расходе, следующим шагом смотрят рабочую точку.

Подбор следующего насоса, когда кривая NPSH3 всё-таки нужна до покупки, остаётся в чек-листе под задачу. Эта страница его не повторяет: она про насос, который уже трещит.

Частые вопросы

Кавитация насоса - это вскипание жидкости на входе в рабочее колесо, когда давление падает ниже давления её насыщенного пара. Пузыри схлопываются дальше по потоку и выбивают металл входных кромок. Это не воздух из фланца и не признак слабого двигателя.
Кавитация - пар самой жидкости: он появляется, когда давление на входе падает ниже давления пара. Подсос воздуха - газ снаружи или воронка в баке. Если шум прошёл после протяжки фланцев, а уровень и температура не менялись, проверяют неплотность. Ямки на кромках смотрят отдельно, на остановленном насосе: по звуку вид повреждения не назначают.
Кавитация даёт шум, вибрацию, падение подачи и напора и раковины на входных кромках лопастей. NPSH3 по ISO 9906:2012 - точка, где напор первой ступени на испытании уже упал на 3%. Уплотнение и подшипники могут получить нагрузку от вибрации. Замена двигателя давление на входе не поднимает.
Двигатель не поднимает давление на входе в колесо. Кавитация сидит в подпоре, температуре и потерях всаса. Больше киловатт на той же проточной части оставляет то же вскипание. Меняют вход, температуру или насос с меньшим NPSH3 на нужном расходе.
Сначала записывают минимальный уровень в ёмкости, температуру жидкости, состояние фильтра и положение задвижки на всасе. Затем смотрят давление в закрытом баке и неплотности фланцев. Кавитационный запас сверяют с кривой производителя на фактическом расходе, не с парой «максимальный расход и максимальный напор» с таблички.