Pompcavitatie: wat het is en hoe het te voorkomen

Wat is dat geluid dat uit je pomp komt? Als het meer klinkt als grind dat door de leidingen wordt geduwd dan als vloeistof, dan is cavitatie in de pomp mogelijk de boosdoener. Maar wat is cavitatie in de pomp precies en waarom is het zo schadelijk voor pompen en hun componenten? We leggen alles uit over dit veelvoorkomende, maar schadelijke fenomeen en wat je kunt doen om het te stoppen voordat het je systeem beschadigt.

Wat is pompcavitatie en wat zijn de oorzaken ervan?

Pompcavitatie treedt op wanneer de druk in een pomp daalt tot onder de dampspanning van de vloeistof, waardoor deze verdampt en er bellen ontstaan. Deze dampbellen ontstaan meestal aan de zuigzijde van de pomp, waar de druk het laagst is. Naarmate de vloeistof gebieden met een hogere druk bereikt, zoals bij de waaier, klappen de bellen in.

Stel je een pan kokend water voor op je fornuis. Dampbellen komen van onderen omhoog en exploderen zodra ze het wateroppervlak bereiken. In dit scenario ontstaat het koken door hitte. Maar het kookpunt wordt ook beïnvloed door de druk boven het water. Op zeeniveau kookt water bij 212 °C, maar op 100 meter hoogte, waar de luchtdruk lager is, kookt het bij ongeveer 10,000 °C. Naarmate de luchtdruk daalt, daalt het kookpunt van water.

In een pompsysteem geldt een soortgelijk principe. Als de druk in de pomp daalt tot onder de dampspanning van de vloeistof, begint de vloeistof te koken, zelfs bij omgevingstemperatuur. Dit lokale koken creëert dampbellen in de vloeistof. Naarmate de vloeistof door de pomp stroomt en een hogere druk ondervindt nabij de waaier, klappen de bellen snel in. Deze plotselinge implosie veroorzaakt intense schokgolven die tegen de interne oppervlakken van de pomp slaan, met name de waaierbladen, wat leidt tot cavitatie in de pomp.

Wat is er zo erg aan bubbels? De gevolgen van pompcavitatie

Cavitatiebellen zijn misschien klein, maar ze vormen grote problemen voor uw pomp. Deze dampbellen ontstaan meestal op kleine oneffenheden in de metalen oppervlakken van de pomp, zoals de waaier van een centrifugaalpomp of de zuiger/tandwiel van een verdringerpomp, aan de aanzuigzijde. Wanneer deze bellen zich naar de hogedruk-perszijde verplaatsen, klappen ze heftig in, waardoor schokgolven en microjets ontstaan die met extreme kracht op het oppervlak inslaan. Deze implosie creëert intense, gerichte schokgolven die precies op het oppervlak inslaan waar de bellen zijn gevormd.

Deze herhaalde schokken veroorzaken pitting, een vorm van oppervlakte-erosie die klein begint maar na verloop van tijd verergert. Een nieuwe pomp met gladde oppervlakken is beter bestand tegen cavitatie. Maar naarmate er onvolkomenheden ontstaan, neemt de schade toe. Uiteindelijk kunnen delen van de waaier of andere componenten er gepit of gezandstraald uitzien. Grote stukken materiaal kunnen zelfs ontbreken.

De heftige reactie beschadigt ook lagers en afdichtingen, waardoor hun levensduur wordt verkort en de onderhoudskosten door frequente vervanging omhoog schieten. Pompcavitatie leidt tot verminderde efficiëntie, trillingen, lawaai en uiteindelijk tot pompfalen.

Wat is het verschil tussen zuigen, persen en cavitatie?

'Zuig' en 'pers' verwijzen naar verschillende zijden van een pomp. De zuigzijde is waar de vloeistof de pomp binnenkomt, meestal bij een lagere druk. De perszijde is waar de pomp de vloeistof eruit duwt, meestal bij een hogere druk.

Cavitatie daarentegen is een probleem dat zich in de pomp kan voordoen. Het is geen onderdeel van de normale werking van de pomp, zoals aanzuigen of persen. Het is een schadelijke aandoening die wordt veroorzaakt door lage druk, waardoor dampbellen ontstaan en instorten.

Hier is een eenvoudige manier om erover na te denken:

Zuiging: Vloeistof die de pomp binnenkomt met een lagere druk

Afvoer: vloeistof die de pomp verlaat met een hogere druk

Cavitatie: Vloeistof die verdampt en schade veroorzaakt door een te lage druk (vooral aan de zuigzijde)

Hoewel cavitatie aan de zuigzijde het meest voorkomt, kan cavitatie aan de perszijde ook optreden wanneer een pomp met een lage stroomsnelheid of ver van zijn optimale efficiëntiepunt werkt. Dit veroorzaakt vloeistofrecirculatie aan de perszijde, waardoor dampbellen ontstaan in lagedrukzones die instorten en componenten beschadigen. Beide soorten cavitatie hebben vergelijkbare symptomen, zoals lawaai, trillingen en erosie, maar vereisen verschillende preventiestrategieën.

Zuiging en persing beschrijven hoe een pomp vloeistof verplaatst, terwijl cavitatie beschrijft wat er gebeurt als de omstandigheden in de pomp verkeerd gaan.

Vroege tekenen van pompcavitatie

Een van de eerste tekenen van pompcavitatie is een ongewoon geluid dat uit de pomp komt. Dit geluid wordt vaak omschreven als het geluid van rammelend grind in de pompbehuizing of leidingen. Dit belangrijke signaal kan echter gemakkelijk over het hoofd worden gezien bij lawaaiige fabrieksinstellingen.

Andere vroege waarschuwingssignalen zijn:

• Ongebruikelijke trillingen: Trillingsbewaking kunnen veranderingen in de trillingssignatuur van een pomp detecteren en cavitatie onthullen.
• Onregelmatige drukschommelingen: Onregelmatige uitlezingen van de drukmeter, vooral aan de zuigzijde van de pomp, kunnen wijzen op cavitatie
• Verminderde stroomsnelheden:Een verminderde pompprestatie kan erop duiden dat cavitatie de vloeistofstroom beïnvloedt of de pomp al heeft beschadigd.

Hoe pompcavitatie te voorkomen

De eenvoudigste manier om cavitatie in pompen te voorkomen, is door het pompsysteem zo te ontwerpen dat het onder normale bedrijfsomstandigheden niet voorkomt. Dit vereist inzicht in de netto positieve zuighoogte (NPSH) en het in overweging nemen hiervan tijdens het ontwerpproces.

Er zijn twee onderdelen van NPSH waarmee rekening moet worden gehouden.

1. NPSHR (vereiste netto positieve zuigkop): Dit is de minimale druk die de pomp aan de zuigzijde nodig heeft om cavitatie te voorkomen. Deze waarde wordt uitgedrukt in meters of voeten en wordt berekend door de pompfabrikant.
2. NPSHA (Netto positieve zuigkop beschikbaar): Dit getal moet worden berekend tijdens het systeemontwerpproces. Hierbij wordt rekening gehouden met de atmosferische druk, het vloeistofniveau, de vloeistoftemperatuur en het kookpunt van de vloeistof.

Als NPSHA groter is dan NPSHR, zou de pomp zonder cavitatie moeten werken. Als NPSHA echter kleiner is dan NPSHR, heeft de pomp onvoldoende druk om te voorkomen dat de vloeistof verdampt, wat uiteindelijk tot cavitatie leidt.

Om cavitatie in de aanzuiging te voorkomen, moet u ervoor zorgen dat de beschikbare netto positieve zuighoogte (NPSHA) de vereiste netto positieve zuighoogte (NPSHR) met ten minste 0.5–1.0 meter overschrijdt, zoals gespecificeerd door de pompfabrikant. Om cavitatie in de persing te voorkomen, moet u de pomp laten draaien in de buurt van het optimale rendement (BEP) om lage stromingsomstandigheden te voorkomen die recirculatie veroorzaken. Het gebruik van een pomp met de juiste afmetingen of de installatie van frequentieregelaars (VFD's) kan helpen om optimale stroomsnelheden te behouden.

Hoe pompcavitatie te corrigeren

Als er al cavitatie optreedt, pak dit dan zo snel mogelijk aan om schade te voorkomen. De correctiemethoden variëren afhankelijk van of het gaat om aanzuigcavitatie (veroorzaakt door een lage aanzuigdruk) of perscavitatie (veroorzaakt door een lage doorstroming of recirculatie). Hier zijn een paar oplossingen die u kunt proberen:

• Optimaliseer zuigleidingen: Kleine, lange of complexe aanzuigleidingen kunnen de doorstroming beperken, waardoor de NPSHA (National Persistence) daalt. Gebruik leidingen met een grotere diameter, verkort de lengte ervan of verminder bochten om de doorstroming te verbeteren en aanzuigcavitatie te voorkomen.
• Verplaats pomp of vloeistofbron:Door de pomp dichter bij of lager dan de vloeistofbron te plaatsen, wordt de aanzuighoogte verminderd en neemt de NPSHA toe, wat leidt tot minder aanzuigcavitatie.
• Controleer filters en zevenVerstopte filters of filters aan de aanzuigzijde kunnen de pomp laten leeglopen, wat cavitatie veroorzaakt. Reinig of vervang ze en zorg voor de juiste filtergrootte om de doorstroming te behouden.
• Terugslagkleppen en componenten: Gedeeltelijk gesloten kleppen of overmatige fittingen aan de zuigzijde kunnen de doorstroming beperken. Zorg ervoor dat de kleppen volledig open staan en minimaliseer onnodige componenten. Controleer bij perscavitatie of de perskleppen niet te ver gesmoord zijn, aangezien dit recirculatie kan veroorzaken.
• Installeer een boosterpomp:Een boosterpomp kan de zuigdruk verhogen en zo de NPSHA verhogen om zuigcavitatie te voorkomen, vooral in systemen met lange zuigleidingen of hoogteverschillen.
• Pas de bedrijfsomstandigheden aan: Bij afvoercavitatie verhoogt u de stroomsnelheid om de pomp dichter bij het beste efficiëntiepunt (BEP) te laten werken. Installeer frequentieregelaars of pas de afvoerkleppen aan om voldoende doorstroming te behouden en recirculatie te voorkomen.
• Vervang de pomp: Als er nog steeds cavitatie optreedt, vervang de pomp dan door een pomp die beter geschikt is voor het systeem. Kies voor aanzuigcavitatie een pomp met een lagere NPSHR. Kies voor perscavitatie een pomp die de juiste maat heeft voor de stromings- en opvoerhoogtevereisten van het systeem.

Al deze opties kunnen duur en tijdrovend zijn, maar het voorkomen van pompcavitatie zal uiteindelijk de levensduur van uw pomp verlengen en de algehele efficiëntie van het systeem verbeteren. Gebruik monitoringtools, zoals een vibratie monitor, om te bevestigen dat de cavitatie is opgelost.

De kern van pompcavitatie

Cavitatie van pompen is een kostbaar probleem. Het verhoogt de onderhoudskosten, beschadigt componenten en kan leiden tot een kortere levensduur van de pomp. Maar het is ook te voorkomen. Trillingsbewaking in combinatie met trillingsanalysediensten kan een vroegtijdig waarschuwingssignaal zijn dat er cavitatie optreedt, zodat u tijd hebt om in te grijpen voordat er kostbare, onherstelbare schade ontstaat.