Kavitaatio ja kavitaation vaikutus keskipakopumpuissa
Moisio, Kalle (2020)
2020
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Degree Programme in Engineering and Natural Sciences, BSc (Tech)
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. Only for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-05-26
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005185452
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202005185452
Tiivistelmä
Virtaussysteemejä suunniteltaessa on tärkeää ymmärtää kavitaation perusteet. Ilmiön negatiivisten vaikutusten vuoksi sitä pyritään välttämään. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on selvittää kirjallisuuden avulla, mistä kavitaatiossa on kyse, kuinka se vaikuttaa käytännön kohteeksi valitun keskipakopumpun toimintaan ja mitkä ovat yleisimpiä keinoja ilmiön välttämiseen.
Virtauksen nopeuden muuttuessa myös virtauksen paine muuttuu. Joskus virtaavan nesteen paine saattaa paikallisesti laskea alle höyrystymispaineen, jolloin virtaukseen syntyy kaasukuplia. Kun kuplat saapuvat virtauksen mukana korkeamman paineen alueelle, ne romahtavat takaisin nesteeksi. Samalla olomuodonmuutokseen sitoutunut energia vapautuu hyvin pienelle alueelle. Kuplan romahtaessa esiintyy hyvin korkeita pistemäisiä lämpötiloja sekä paineiskuja, mitkä voivat vahingoittaa ympäristöään.
Käytännön kohteena tutkittavassa keskipakopumpussa paine laskee virtauksen saapuessa juoksupyörälle. Mikäli sisäänvirtauksen paine ei ole riittävän suuri pumpussa esiintyy kavitointia, joka kuluttaa juoksupyörää ja heikentää pumpun toimintaa. Lisäksi kavitoinnille tyypillinen tärinä saattaa vaurioittaa pumpun laakerointia sekä tiivistyksiä.
Virtaukselle voidaan laskea virtaussysteemistä riippuva NPSHA-luku, joka kertoo, kuinka kaukana pumppuun sisään virtaava neste on kavitoimistilasta. Kun lukua verrataan jokaiselle pumpulle ominaiseen NPSHR:n arvoon, voidaan päätellä, esiintyykö pumpussa kavitaatiota.
Yleisimmät keinot kavitaation välttämiseen voidaan jakaa kahteen luokkaan. Osa keinoista vaikuttaa itse virtaussysteemiin, kuten nestesäiliön pinnan ja pumpun väliseen korkeuseroon tai putkiston kokoon. Näillä toimenpiteillä nostetaan NPSHA-lukua. Toiset keinot taas keskittyvät NPSHR-arvon laskemiseen. Työssä huomataan, että ilmiöön on helpointa varautua, kun sen huomioi jo suunnitteluvaiheessa. Näin pystytään suunnittelemaan toimivia ja taloudellisesti kannattavia virtaussysteemejä.
Virtauksen nopeuden muuttuessa myös virtauksen paine muuttuu. Joskus virtaavan nesteen paine saattaa paikallisesti laskea alle höyrystymispaineen, jolloin virtaukseen syntyy kaasukuplia. Kun kuplat saapuvat virtauksen mukana korkeamman paineen alueelle, ne romahtavat takaisin nesteeksi. Samalla olomuodonmuutokseen sitoutunut energia vapautuu hyvin pienelle alueelle. Kuplan romahtaessa esiintyy hyvin korkeita pistemäisiä lämpötiloja sekä paineiskuja, mitkä voivat vahingoittaa ympäristöään.
Käytännön kohteena tutkittavassa keskipakopumpussa paine laskee virtauksen saapuessa juoksupyörälle. Mikäli sisäänvirtauksen paine ei ole riittävän suuri pumpussa esiintyy kavitointia, joka kuluttaa juoksupyörää ja heikentää pumpun toimintaa. Lisäksi kavitoinnille tyypillinen tärinä saattaa vaurioittaa pumpun laakerointia sekä tiivistyksiä.
Virtaukselle voidaan laskea virtaussysteemistä riippuva NPSHA-luku, joka kertoo, kuinka kaukana pumppuun sisään virtaava neste on kavitoimistilasta. Kun lukua verrataan jokaiselle pumpulle ominaiseen NPSHR:n arvoon, voidaan päätellä, esiintyykö pumpussa kavitaatiota.
Yleisimmät keinot kavitaation välttämiseen voidaan jakaa kahteen luokkaan. Osa keinoista vaikuttaa itse virtaussysteemiin, kuten nestesäiliön pinnan ja pumpun väliseen korkeuseroon tai putkiston kokoon. Näillä toimenpiteillä nostetaan NPSHA-lukua. Toiset keinot taas keskittyvät NPSHR-arvon laskemiseen. Työssä huomataan, että ilmiöön on helpointa varautua, kun sen huomioi jo suunnitteluvaiheessa. Näin pystytään suunnittelemaan toimivia ja taloudellisesti kannattavia virtaussysteemejä.