Кавитация — одна из наиболее распространенных, но наиболее неправильно понимаемых проблем в системах пожарных насосов. Это может незаметно повредить рабочие колеса, снизить производительность насоса и поставить под угрозу надежность системы противопожарной защиты во время чрезвычайной ситуации. Владельцам объектов, инженерам по пожарной безопасности и монтажникам понимание кавитации необходимо для поддержания надлежащей производительности насоса и соблюдения стандартов противопожарной защиты.
Кавитация возникает, когда давление на всасывании насоса падает ниже давления паров жидкости, в результате чего вода закипает при низком давлении и образует пузырьки пара. Эти пузырьки пара резко схлопываются, когда достигают зон более высокого давления внутри насоса. При каждом взрыве пузыря возникают ударные волны, достаточно сильные, чтобы разрушить металлические поверхности, особенно крыльчатку и корпус насоса. Со временем это приводит к уменьшению расхода, снижению давления и катастрофическому отказу насоса, если его не лечить.
В системах пожарных насосов кавитация представляет еще больший риск, поскольку насос должен безупречно работать во время чрезвычайных ситуаций. Насос, подверженный кавитации, может не обеспечивать необходимый расход и давление, что снижает эффективность спринклеров, гидрантов и другого оборудования пожаротушения. Из-за этих последствий для безопасности кавитация считается критической проблемой, которую необходимо выявлять и решать на ранней стадии.
Наиболее распространенной причиной кавитации в пожарных насосах является недостаточное давление на всасывании. Это может быть результатом проблем с установкой, проблемами с водоснабжением или ошибками проектирования системы. Независимо от причины, основной механизм один и тот же: насос не может получить достаточный чистый положительный напор на всасывании (NPSH). Другими словами, давление всасывания слишком низкое для эффективной работы насоса.
Основные причины возникновения кавитации включают в себя:
Пожарные насосы зависят от стабильного и неограниченного источника воды. Если уровень подачи воды падает или источник частично перекрывается, давление на всасывании насоса снижается. Распространенными причинами являются подземные резервуары, которые не полностью заполнены, или источники поверхностных вод, на которые влияют сезонные изменения.
Такие препятствия, как мусор, закрытые клапаны, корродированные трубы или всасывающие линии плохого размера, уменьшают объем воды, поступающей в насос. Даже незначительные ограничения могут снизить доступный NPSH настолько, что инициируется кавитация.
Пожарный насос, работающий на слишком высокой скорости, увеличивает нагрузку на стороне всасывания. И вертикальные турбинные пожарные насосы, и центробежные пожарные насосы чувствительны к колебаниям скорости. Эксплуатация насоса за пределами номинального диапазона скоростей увеличивает риск кавитации.
Выбор насоса с недостаточным запасом NPSH для данного применения является распространенной ошибкой. Несоответствие конструкции насоса условиям системы приводит к хронической кавитации с первого дня эксплуатации.
Хотя это редкость в системах противопожарной защиты, более теплая вода снижает доступный NPSH, поскольку давление пара выше. Это может произойти в промышленных условиях или в регионах с сильной жарой.
Кавитация не всегда очевидна сразу. Часто операторы замечают проблемы с производительностью задолго до того, как обнаруживают повреждения внутри насоса. Однако некоторые предупреждающие знаки могут насторожить опытных технических специалистов и руководителей зданий.
Кавитирующий насос часто издает отчетливый потрескивающий, хлопающий или дребезжащий звук. Многие технические специалисты описывают этот звук как звук гравия или шариков, циркулирующих внутри корпуса насоса.
Кавитация создает нестабильность гидравлического потока, что приводит к сильным вибрациям, которые можно обнаружить через корпус, трубопроводы или опорную раму. Постоянная вибрация ускоряет износ подшипников, муфт и уплотнений.
Поскольку кавитация снижает эффективность перекачки, давление нагнетания и расход могут перестать соответствовать требованиям системы. Это является серьезной проблемой в аварийных ситуациях, когда насос должен обеспечивать номинальные условия.
Со временем кавитация оставляет на лопастях рабочего колеса видимые питтинги, эрозию или деформацию. Поврежденные рабочие колеса снижают эффективность, вызывают усиление кавитации и в конечном итоге приводят к выходу насоса из строя.
Кавитация уменьшает количество воды, фактически проходящей через насос, что ухудшает охлаждение. Перегрев может привести к дальнейшему повреждению компонентов и уплотнений насоса.
Не вся кавитация одинакова. Понимание типа помогает инженерам определить основную причину.
Это происходит, когда давление всасывания слишком низкое. Это наиболее распространенная форма кавитации в пожарных насосах, которая обычно приводит к серьезному повреждению рабочего колеса.
Хотя это и менее распространено, это происходит, когда давление нагнетания слишком велико и препятствует выходу воды из насоса. Это создает турбулентность и рециркуляцию внутри корпуса.
Если насос работает намного ниже номинального расхода, вода циркулирует внутри рабочего колеса, а не движется вперед. Это может произойти во время тестирования или дисбаланса системы в определенных установках.
Кавитация — это не просто проблема шума или вибрации — она напрямую влияет на пожарную безопасность. Некоторые из критических последствий включают в себя:
Потери металла на лопатках рабочего колеса приводят к значительному снижению производительности. Если не заменить вовремя, крыльчатка может сломаться, что приведет к серьезным механическим повреждениям.
Насос не может производить номинальные галлоны в минуту (галлоны в минуту) или давление, которое влияет на производительность спринклера, давление в гидранте и расход шлангов. Это может поставить под угрозу возможности пожаротушения.
Подшипники, валы, муфты и уплотнения подвергаются ускоренному износу из-за вибрации и гидравлической нестабильности.
Частый ремонт, замена рабочего колеса и простои системы увеличивают эксплуатационные расходы.
Кавитационный пожарный насос может выйти из строя на несколько лет раньше ожидаемого срока службы.
Предотвратить кавитацию гораздо выгоднее, чем потом устранять повреждения. Наиболее успешные стратегии предотвращения включают правильную конструкцию системы, правильный выбор насоса и регулярное техническое обслуживание.
Проверьте компоновку системы, чтобы убедиться, что доступный NPSH всегда превышает NPSH, необходимый для насоса. Поддержание надлежащего давления всасывания имеет основополагающее значение.
Ключевые рекомендации включают в себя:
Использование прямых и коротких всасывающих труб.
Избегайте изгибов вблизи впускного отверстия насоса
Обеспечение соответствия диаметра трубы проектным требованиям
Удаление мусора и коррозии во время технического обслуживания.
Эти конструктивные усовершенствования обеспечивают стабильный, нетурбулентный поток, поступающий в насос.
Убедитесь, что резервуары остаются на должном уровне. Для вертикальных турбинных насосов, извлекающих воду из колодцев или резервуаров, убедитесь, что глубина погружения достаточна при любых сезонных изменениях.
Пожарный насос должен быть рассчитан не только на расход и давление, но и на реальные условия системы, включая высоту над уровнем моря, давление всасывания и температуру. Насос с надлежащим запасом NPSH значительно снижает риск кавитации.
Пожарные насосы не должны работать при очень низком расходе в течение длительного времени. Во время испытаний всегда используйте одобренные расходомеры или нагнетательные коллекторы для проверки, чтобы убедиться, что насос работает в номинальном диапазоне.
Убедитесь, что привод насоса (электрический или дизельный двигатель) работает с правильной скоростью вращения. Превышение скорости следует немедленно устранять.
Регулярные проверки должны включать:
Всасывающие фильтры или экраны
Состояние рабочего колеса
Износ подшипников
Анализ центровки и вибрации
Испытание производительности по потоку и давлению
Профилактическое техническое обслуживание позволяет обнаружить кавитацию еще до того, как произойдет серьезное повреждение.
Вертикальные турбинные пожарные насосы широко используются там, где водоснабжение осуществляется из подземных резервуаров, резервуаров, озер или колодцев. Несмотря на высокую эффективность и надежность, эти насосы также могут испытывать кавитацию, если уровень погружения недостаточен или если всасывающий патрубок блокируется.
Общие причины включают в себя:
Низкий уровень воды в резервуаре или колодце
Воздухововлечение от поверхностных возмущений
Недостаточная глубина погружения рабочего колеса первой ступени.
Сезонные колебания уровня воды
Поддержание надлежащего уровня воды и обеспечение достаточного погружения являются наиболее важными шагами в предотвращении кавитации в вертикальных турбинных насосах.
Горизонтальные центробежные насосы, такие как модели с торцевым всасыванием и с разъемным корпусом, подвержены кавитации, главным образом, из-за проблем со всасывающим трубопроводом. Длинные участки всасывания, трубы недостаточного диаметра или частично закрытые клапаны являются типичными источниками низкого давления всасывания. Эти насосы должны быть установлены в соответствии с рекомендациями NFPA и инструкциями производителя, чтобы обеспечить стабильную работу.
Небольшие изъязвления или эрозию иногда можно очистить и отполировать, но повреждения средней и серьезной степени требуют замены рабочего колеса. Эксплуатация пожарного насоса с поврежденным рабочим колесом снижает гидравлический КПД и увеличивает вибрацию, что приводит к дальнейшему отказу.
Замена рекомендуется в следующих случаях:
На рабочем колесе имеются глубокие питтинги.
Края деформированы
Материал треснул или сломался
Производительность насоса больше не соответствует проектным требованиям
Поскольку замена приводит к простою системы, лучшей стратегией остается раннее обнаружение.
Кавитация — бесшумный разрушитель пожарных насосных систем. Хотя все начинается с микроскопических пузырьков пара, возникающий в результате ущерб может серьезно подорвать производительность и надежность противопожарного оборудования. Для инженеров по пожарной безопасности, монтажников и руководителей объектов понимание кавитации и принятие превентивных мер имеет важное значение для обеспечения надежной работы пожарных насосов, когда от этого зависят жизни и имущество.
Правильно спроектировав системы, выбрав правильную модель пожарного насоса и выполняя постоянное техническое обслуживание, можно предотвратить или смягчить кавитацию до того, как она станет серьезной проблемой. Каждая система противопожарной защиты требует надежного оборудования для водоснабжения, и предотвращение кавитации является важной частью поддержания этого доверия.
