Кавитационно-абразивный износ насосов

Наличие развитых кавитационных явлений в элементах проточной части насоса приводит к кавитационному разрушению поверхности его деталей. Интенсивность кавитационной эрозии зависит от формы кавитации, степени ее развития и продолжительности работы насоса в кавитационном режиме. Содержание взвешенных наносов в воде, перекачиваемой насосом, вызывает абразивное разрушение его рабочих органов. Интенсивность этого вида разрушения определяется концентрацией наносов, их гранулометрическим и минералогическим составом, формой частиц, длительностью воздействия несущего потока на детали и материалом, из которого эти детали изготовлены. Ряд экспериментальных исследований и опыт эксплуатации многих насосных станций позволяют достаточно точно установить наиболее характерные области проточной части осевых насосов, подверженные кавитационно-абразивному износу. Износ лопастей рабочих колес со стороны напорных поверхностей происходит главным образом от воздействия твердых частиц, содержащихся в перекачиваемой насосом воде - со стороны всасывающих поверхностей — вследствие кавитации, а разрушение торцевой поверхности является результатом одновременного действия кавитации и наносов. Интенсивность износа лопастей неравномерна, она, как правило, увеличивается по направлению к периферии лопасти, входным и выходным кромкам. Очень сильному кавитационно-абразивкому износу подвержена внутренняя поверхность камеры рабочего колеса.

Интенсивность этого разрушения растет при прочих равных условиях с увеличением напора насоса и зазора между камерой и торцом лопасти. Неподвижные лопатки выправляющего аппарата, особенно входные их участки, прилегающие к ободу, разрушаются вследствие гидроабразивного износа и кавитационной эрозии, интенсивность которых на отдельных режимах может быть достаточно высокой из-за наличия вихрей, вызванных несоответствием направления потока и углов установки лопаток. Переносимые водой твердые частицы вызывают еще ну форму абразивного износа: попадая в сальники и шинники, они приводят к ускоренному их разрушено и местному истиранию вала. Технико-экономические последствия износа насосов вследствие кавитации и истирания взвешенными наносами связаны со снижением к. п. д. машин и увеличением потребляемой электроэнергии, с уменьшением подачи воды из-за ухудшения энергетических характеристик насосов и со значительными затратами труда и материалов на ремонтные работы по устранению последствий износа.

Кроме того, износ может вызывать остановку насосного агрегата или насосной станции в наиболее ответственный период водопотребления. Опасность такой остановки заставляет предусматривать резервные мощности (по нормам США до 7%), строить отстойники, заказывать погружные насосы в специальном исполнении. Снижение к. п. д. сильно изношенного насоса по сравнению с отремонтированным составляет 10 — 12% во всем рабочем диапазоне изменения подачи. Вызванное снижением к. п. д. увеличение потребляемой электроэнергии втечение межремонтного периода эксплуатации насоса может составить 5 — 6% общего количества израсходованной электроэнергии. Если учесть, что стоимость электроэнергии для насосных станций достигает 80 — 90% общих эксплуатационных расходов, то становится понятно, почему поддержание высокого к. п. д. оборудования имеет решающее значение для экономичной работы насосных станций. Объем ремонтно-восстановительных работ по устранению последствий износа наглядно характеризуется данными Управления Аму-Бухарского канала, насосные станции которого работают на воде с высоким содержанием наносов.

Так, стоимость ремонта по Алатокой насосной станции, оборудованной семью насосами ОП5-110, в 1974 г. составила 60 тыс. руб., или 10% общих эксплуатационных расходов, а по Куюмазарской насосной станции, оборудованной пятью насосами ОП11-193 и ОПЮ-185, за тот же период — более 138 тыс. руб., т. е. 20% эксплуатационных расходов. Результаты натурных испытаний позволили подсчитать объем сокращения подачи воды этими насосными станциями вследствие увеличения зазора между торцами лопастей и камерой рабочего колеса. За 1 год эксплуатации подача насоса ОП5-110 может уменьшиться на 0,35 м/с, а насоса ОПП-193 — на 1,1 м/с. За 6 мес. вегетационного периода недоподача воды Алатской насосной станцией составит 10,9 млн. м, а Куюмазарской — 32,5 млн. м. При известной площади, орошаемой каждой станцией, нетрудно определить, что за поливной сезон оросительная норма снизится на 260 — 290 м/га, что приведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур. Эти потери, хотя они и не проявляются непосредственно, в несколько раз выше, чем другие затраты.

Приведенные примеры убедительно показывают, что проблема снижения интенсивности кавитационно-абразивного износа осевых насосов является чрезвычайно актуальной.