Kavitation i pumpar

Kavitation i pumpar är ett vanligt förekommande fenomen som kanske är den största orsaken till problem i installerade pumpar. Ordet kavitation är av latinskt ursprung och kan närmast översättas med ”hålrumsbildning”.

Kavitation uppstår då statiska trycket i vätskan någonstans lokalt inuti pumpen sjunker till vätskans ångbildningstryck. Delar av vätskan kommer då att förångas och ångblåsor att bildas. Dessa ångblåsor följer med vätskeströmmen och når längre in i pumpen, i områden med högre tryck än ångtrycket. Där kan mediet ej längre existera i ångform och ångblåsorna störtar samman, ”imploderar”. Vid varje implosion uppstår en kraftig tryckpuls. Då detta förlopp upprepas med hög frekvens ett stort antal gånger av ständigt nybildade ångblåsor kan mekaniska skador uppstå på materialet i pumpen. Därutöver försämras även pumpens hydrauliska prestanda med inträdande kavitation. Kavitation är därför ett i pumpsammanhang icke önskvärt fenomen och bör om möjligt undvikas.

Figur 3.32 Kavitationsmodell

p_min = minsta tryck inuti pumpen (N/m²)

Δ_p = lokal trycksänkning (N/m²)

c_s = strömningshastigheten vid sugstutsen (m/s)

h_s = geodetisk sughöjd (m)

hf_s = strömningsförluster i sugledningen (m vp)

p_a = atmosfärstryck (N/m²)

Risken för kavitation är som störst där trycket i pumpen är som lägst. Lägsta trycket inuti pumpen återfinns på skovlarnas sugsidor ett stycke nedströms framkanterna (figur 3.32). Vid pumpens sugstuts i nivå med pumphjulets axel är trycket en viss kvantitet Δ_p större. I denna punkt, som ligger på geodetiska sughöjden h_s över nedre vätskeytan, är strömningshastigheten c_s. Bernoullis ekvation, tillämpad på strömningen genom sugröret lyder

Ekv 3.29

eller

Ekv 3.30

Det lägsta trycket i pumpen bestäms således dels av yttre faktorer som trycket på den nedre vätskeytan (oftast atmosfärstrycket) p_a, geodetiska sughöjden hs och strömningsförlusterna i sugröret Δ_hfs, dels av faktorer, som sammanhänger med pumpens konstruktion. De senare utgöres av den lokala trycksänkningen Δ_p och strömningshastigheten vid sugstutsen c_s. För att undvika kavitation gäller det att se till att p_min är större än vätskans ångbildningstryck p_å.