Pumpe na tankerima 2 dio

  • Published on
    18-Jan-2015

  • View
    393

  • Download
    20

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Pumpe na tankerima 2 dio

Transcript

<ul><li> 1. 2. KAVITACIJA /2.1.NPSH i kavitacija NPSH - Net Positive Suction Head (neto pozitivna usisna visina) je jedna od najnerazumljivijih znacajki rada pumpi, odnosno vrlo ju je tesko egzaktno razumjeti.No, s druge strane, NPSH je znacajka rada pumpe koju je neophodno dobro poznavati kako bi se izbjegli problemi u radu pumpi i kako bi se izbjeglo djelomicno Hitrajno ostecenje pumpe. Problemi vezani uz NPSH su najcesci uzrocnici gresaka i kvarova na pumpama.NPSH se pri upotrebi centrifugalnih pumpi mora tocno odrediti kako bi se izbjegla pojava kavitacije koja dovodi do hidraulickih i mehanickih anomalija pumpi.To znaci da rad iznad zahtjevanog NPSH (NPSHR) osigurava bezkavitacioni rad. Kavitacija je fenomen kod kojeg dolazi do kljucanja tekuCine koja se pumpa i formiranja mjehurica koji se gibaju duz lopatica rotora. rotacija ..... .v; I -' I , I',lI . I I ~ ."'"'..~...,."'.. """. ""'".."'" ...""0.'---1-?... -'". .I .. "'..,., j j"'"~ ~ .. II~~""" .--~---""",Ii I,1" ... -I,~"... ... ..-" ""'" Iin '1,",,"".. , _'i-:,.--""..'",Implozija mjehura (kolapsiranje)...:Z-"".." ""'"~'- ~ ... ;"" ...".... ...- ..- J""' ,..'" ...".". - - .........'I,11 ,"'... .. ~.. :r./"""Formiranje mjehura (kljucanje)",'I, 'Ii ~ It, I I ... Ii"'}i, 1'1, IIJ- ,'if/' , , '"'" , " "",':_",'Slika 20 - Nastanak kavitacije"JP,L UsisVapor- preesu:teTlacna stranaUsisPeUsisTlacna stranaTlacna stranaSlika 21 - Pad tlaka u pumpi</li></ul><p> 2. 2.2.Kako dolazi do kavitacijeZbog naCina rada centrifugalne pumpe koja energiju tlaka pretvara u kineticku energiju (porast brzine fluida u rotorskom kolu), ulaskom fluida u pumpu dolazi do pada tlaka. Tlak u centrifugalnoj pumpi pada kako tekuCina prolazi kroz usisnu prirubnicu (ulazni gubici),kroz usisnu sapnicu (gubici trenja) u rotor pumpe. Velicina pada tlaka ovisi 0 mnogo faktora, ukljucuju6i geometriju pumpe, brzinu rotacije, trenje, stupanj protoka te gubitke uzrokovane hidraulickim udarima. Dakle, ulaskom teku6ine u rotor pumpe dolazi do pada tlaka i porasta brzine.Ukoliko je apsolutna vrijednost tlaka na mjestu gdje je on najmanji, manja Hi jednaka tlaku zasi6enja teku6ine (Vapour pressure), dolazi do kljucanja tekuCine, formiraju se mjehuri (pami dzepovi), koji putuju u struji teku6ine uzduz lopatica rotora. Ti mjehuri dakle idu od mjesta minimalnog tlaka u pumpi do mjesta daleko ve6eg tlaka (tlak izvan mjehura postane daleko ve6i od tlaka unutar mjehura) te dolazi do implozije mjehura koji bivaju stlaceni. Ovu pojavu nazivamo kavitacija.Uvijet da do nje ne dode je da najnizi tlak u pumpi bude ve6i od tlaka zasi6enja tekuCine::2Ulazni gubiciGubici trenjaPs&gt; VP1z345Stika 22 - Promjena flakafluida u pumpiNPSH predstavlja minimalni ps (tlak usisa) izrazen u (m) Hi (mwc) koji je potreban da bi se sprijecilo formiranje i implozija pami dZepova (mjehura)Kako dijelom sprijeCitipojavu kavitacije? U svakom slucaju raditi u reZimu kojim ne6emo stvoriti veCi pad tlaka na usisu pumpe i u samoj pumpi, a to 6emo najlakse postiCi: 1.Radom pri manjem stupnju iskrcaja (manji broj okretaja pumpe) 2.Prigusivanjem ventila na tlacnoj strani pumpe Najces6e kombiniramo u praksi i jednu i drugu radnju jer paralelno sa smanjivanjem broja okretaja moramo i prigusivati tlacni venti1.No,kada na raspolaganju imamo pumpe kojima ne mozemo regulirati broj okrataja,upravljanje tlacnim ventilomje od velike pomoCika suzbijanju kavitacije. 3. 2.3.Utiecai kavitaciie na rad pumpe /Fenomen formiranja mjehurica i njihova implozija poznat kao kavitacija ima nekoliko efekata na rad pumpe: buka vibracije mehanicko ostecenje pumpe gubitak hidraulickih svojstava pumpe Kolapsiranje (implozija) mjehura stvara jaku buku u prostoru u kojem pumpa radi, au kojem se cesto nalazi i dio posade koji je poslufuju.No, to je cesto najmanji problem koji nastaje kao posljedica kavitacije.Daleko vece posljedice kavitacije je gubitak hidraulickih performanci i ugrozavanje mehanickog integriteta pumpe. Hidraulicki efekt kavitacije predstavlja pad hidraulickih svojstava (manji head i dobava od ocekivanih vrijednosti).II -..J-H 1(FT)-----[ I-BREAK,... AUf""".............."-t--JQ (GPM) Slika 23 - Pad performand pumpe uslijed djelovanja kavitacijeJos jedna ozbiljna posljedica kavitacije je mehanicko ostecenje koje se dogada zbog vibracija upumpLVibracijenastaju uslijed neravnomjemogopterecenjarotora kroz koji prolazi mjesavina pame':tekuce faze i dolazi do lokalnih hidraulicnih udara zbog implozije mjehurica.JTi hidraulicki udari fizicki ostecuje rotor, uzrokujuCi eroziju materijala sa povrsine impelera.VeliCina erodiranog materijala ovisi 0 intenzitetu kavitacije i materijalu rotora. Ukoliko je rotor napravljen iz celika, materijal erodira uslijed kombinacije korozije i erozivnog efekta koji prouzrokuje kavitacijski sok. Ukoliko je rotor napravljen iz materijala koji su otpomi na koroziju (bronza), ostecenje od kavitacije se manifestira u vidu malih kuglica na rotoru. Materijali koji su visokootpomi na koroziju (celik 316) su daleko manje podlozni erozijskom djelovanju kavitacije. U svakom slucaju, uklanjanje materijala sa povrsine rotora (erozija),se desava dok god traje kavitacija te se postupno stvaraju udubljena na lopaticama rotora. Vamo je znati da je pojava vibracija neovisna 0 eroziji lopatica rotora.Drugim rjecima, ne mora doCi do erozije da bi doslo do vibracija.One smanjuju vijek trajanja brtvenih elemenata, prstenova i lezaja, a pri ucestalim vibracijama dovode do njihovog trajnog ostecenja i loma. 4. 2.4.Vrste kavitacija 2.4.1.Klasicna kavitacija Dogada se kada u rotoru apsolutni tlak gibaju6eg fluida padne ispod vrijednosti tlaka zasi6enja (vapour pressure) fluida.Posljedica ovog pada tlakaje fonniranje mjehuri6a.Nizi tlak u rotoruje uzrokovan porastom brzine fluida i gubicima (trenju) koji nastaju ulaskom tekuCineu rotor.MjehuriCiputuju noseni strujom fluida duz lopatica,raste tlak i mjehuriCiimplodiraju. Implozija je tako brza da proizvodi razornu buku (kao da se kamenje kotrlja kroz pumpu).Hidraulicki udari prouzrokovani implodiranjem mjehura su dovoljno jaki da uzrokuju zamor materijala. Prva reakcija na ovaj problem je provjera NPSHA i usporedba sa NPSHR.Odnos NPSHAJNPSHR mora biti dovoljno velik da bi sprijecio fonniranje kavitacijskih mjehura, odnosno mora biti zadovoljen uvjet: NPSHA &gt; NPSHR Treba pri tome imati na umu da je upotreba centrifugalnih pumpi za transport vode zanemariva u usporedbi sa ostalim fluidima:sirova nafta, kemikalije, ukapljeni plinovi Koji imaju sirok raspon VP a koji ovisi 0 sposobnosti isparavanja svake komponente. 2.4.2.Recirkulacijska kavitacija Recirkulacijska kavitacija je poznata i pod nazivom rotacijska separacija (odvajanje).Ovaj tennin je upotrebljen da bi se opisalo fonniranje "parnih dZepova".Ovajtip kavitacije je manje poznat i razumljiv nego klasicna kavitacija. Postoje dvije vrste recirkulacijske kavitacije: Usisna recirkulaci;skakavitaci;aTocka "Y"Slika 24 - Usisna recirkulacijska kavitacija 5. Kako je kod kavitacije radna tocka van krivulje karakteristike pumpe, na ulazu u rotor dolazi do fonniranja vrtloga.Posto ne dolazi do smanjenja masenog protoka kroz pumpu, to znaCi da raste brzina fluida"-,,, prolaskom kroz lopatice rotora.Zbog vrtloga koji se stvaraju, smanjuje se veliCina protocnog kanala, a time se brzina dodatno pove6ava. Kako se pove6ava brzina, takoder se pove6ava i pad tlaka.Ukolko je pad tlaka toliko velik da vrijednost apsolutnog tlaka u pumpi padne ispod tlaka zasi6enja (VP) dolazi do klasicne kavitacije uslijed pocetnog djelovanja recirkulacijske kavitacije. Izlazna recirkulaciiska kavitaciiaDrugi slucaj recirkulacije je kad fluid protjece preko lopatica rotora, tlak u blizini povrsine lopatice je manji pa se fluid nastoji odvojiti od lopatice.Lopatica rotora'-Dizajnirani napadni kut--./Ulazni kut lopaticeNapadni kut malog protokaD2-Slika 25-Izlazna recirkulacijska kavitacijaDo odvajanja toka teku6ine dolazi kada se napadni kut (razlika izmedu kuta protoka i izlaznog kuta lopatice rotora) pove6a iznad specificne kriticne vrijednosti.Prostor odvajanja se eventualno ispere, ali se mijenja kako se rotacija nastavlja.Taj prostor sadrZi pam koja je okruzena tekuCinom turbulentna strujanja koja ima ve6i tlak nego sto je tlak zasi6enja tekuCine. Taj se prostor odvajanja dalje puni s teku6inom kako putuje prema kraju lopatice.Pami "dzepovi" kolapsiraju (implodiraju) uzrokujuCi oste6enje povrsinske stijenke lopatice rotora.Ova pojava se moze desiti 200 - 300 puta u tijeku jedne sekunde. Posljedica recirkulacijske kavitacije su: vibracije buka pulsiraju6i tlak (neravnomjemi tlak na tlacnoj strani pumpe) Razvijeno je vjerovanje da je ova vrsta kavitacije mogu6a sarno kod pumpi velike snage.No i pumpe s rotorom od lijevanog zeljeza ili bronze mogu erodirati i pri manjim energetskim nivoima (pri radu s manjom snagom)./ 6. OCitoje da se recirkulacijska kavitacija desava na suprotnoj strani lopatice nego sto je to u slucaju klasicne kavitacije.To pokazuje i slika 26:Ostecenja ulijed djelovanja usisne recirkulacijske kavitacijeOStecenjaulijed djelovanja izlazne recirkulacijske kavitacijeOStecenja ulijed djelovanja klasicne kavitacijeSlika 26 - Ostecenja lopatica rotora uslijed djelovanja razlicitih vrsta kavitacijaUkoliko dode do toga da se protok u rotoru "vraca", moze doCi i do vrtlozenja.Ti vrtlozi mogu proCi kroz kanale rotora stvarajuci izlaznu recirkulaciju kao sto je to prikazano na slici 24 - tocka Y.Da bi pumpa radila na tocki najbolje iskoristivosti (Best efficiency point - BEP) doCice do povecanja vrtlotenja. Mnoge pumpe rade u uvjetima mjesovite usisne i izlazne recirkulacije, naroCitipumpe konstruirane za velike usisne specificne brzine (suction - specific speed).Posljedica te kavitacije je buka i erozijska ostecenja. Stupanj ostecenja ovisi 0 tipu rotora, stupnju recirkulacije, NPSH, karakteristici fluida koji se pumpa, materijalu pumpe i stupnju rada pumpe. Sto mote pomoci da se izbjegnu ovi problemi?Prvenstveno konstruiranje pumpi sa nitim usisnim specificnim brzinama i ogranicavanje stupnja rada pumpi (rad pri nitim Q). Ovome se mora pridodati i jedna naizgled kontradiktoma Cinjenica.Sve sto je do sada navedeno ide u prilog tvrdnji da ukoliko je pumpa ispod usisnog mjesta (dakle kada imamo suction head), uglavnom nece biti problema, odnosno mote se reCi da pumpa ima daleko manje problema pri radu.No u slucaju recirkulacijske kavitacije, poveceni suction head mote uzrokovati stvaranje upravo recirkulacijske kavitacije.Zbog toga je vrlo vaZno tocno dijagnosticirati problem jer posljedice mogu biti vece nego kod klasicne kavitacije.Dakle u slucaju "suction head" (usisno mjesto iznad sredisnje linije pumpe), prije se mote ocekivati recirkulacijska od klasicne kavitacije. Prevelika zracnost u pumpama, nastala kao posljedica istrosenih prstenova povecava mogucnost nastajanja i klasicne i recirkulacijske kavitacije. Kako povecano curenje u tocki - Z (Slika 24) narusava raspored protoka na ulazu u rotor, tendencija formiranja mjehura i "dtepova" raste. Dvostruko veca zracnost istrosenih prstenova povecava NPSHR za 40 - 45%. 7. 2.5.0tkrivanie kavitaciiskol! ostecenia ~Obe kavitacije za posljedicu imaju buku i vibracije tako da se najlakce mogu razlikovati prema mjestu ostecenja. a)Klasicna kavitaciia - ostecenja su smjestena na nevidljivoj (unutrasnjoj) strani lopatice (slika 26).PoCinjeblizu vodeceg ruba i moze se produziti do otprilike 2 - 3 duZine lopatice prije nego dode do implozije mjehura.Ostecenje se moze otkriti dodirivanjem Hi promatranjem unutrasnje strane lopatice s ogledalom. b)Usisna recirkulaciia - ostecenja su vidljiva na tlacnoj strani vodeceg ruba lopatice (slika 26) odnosno vidljive strane u blizini vijenca.2.6.Kavitaciia kod centriful!alnih pumpi s radiialnim i miesovitim protokomKod ovih pumpi, tekuCinaulazeCiu rotor dobiva na brzini.Posljedica porasta brzine je pad tlaka sto u " krajnjem slucaju (p &lt; VP) rezultira kavitacijom.Taj prijelaz energije za vrijeme kavitacije stvama lokalne sil( sposobne da uniste povrsinu metala.Osim toga kavitacija uzrokuje i gubitak heada i smanjenje efikasnosti...J pumpe. Da bi se sprijecila kavitacija, spiralne (volute) i difuzijske (diffuser) centrifugalne pumpe moraju raditi sa usisnim tlakom kojije veCiod NPSHR. Zbog toga kod ovih pumpi instalacija mora biti takva kako bi onemogucila:. .. . .head nizi od head pri vrsnoj efikasnosti pumpekapacitetveCinegokapacitpri vrsnojefikasnostipumpe suctionlift veci ili suctionheadmanjinego stoje preporukaproizvodacapumpe temperatura tekucine veca od temperature za koju je sistem konstruiran brzina veca od preporucene"-2.7.Kavitaciia kod centriful!alnih pumpi s aksiialnim protokom (propelerne pumpe) Kod propelemih pumpi, tekucina ulazi u usisno zvono i vodi se u manju sekciju (grlo) odmah iza~ propelera (vijka).Kapacitet u toj tocki treba biti dovoljan da ipuni prostor izmedu lopatica propelera.Kada head naraste iznad sigumosne granice, kapacite se smanjuje na koliCinu nedovoljnu da ispuni taj prostor izmedu lopatica propelera, dolazi do kavitacije pri gotovo potpunom vacuumu.Kada dode do kavitacije, stvara se sila dovoljna da osteti povrsinu lopatice. Instalacija propelemih pumpi mora biti takva da onemoguCi:. . . . .head veCinego sto je head kod vrsnog opterecenja pumpe (vrsne efikasnosti pumpe) kapacitet manji nego sto je kapacitet pri vrsnoj efikanosti pumpe suction lift veCiHisuction head manji nego sto je preporuka proizvodaca pumpe temperatura tekuCineveca od temperature za koju je sistem konstruiran brzina veca od preporucene 8. 3.KARAKTERISTIKAINSTALACIJEVec smo kod proracuna TDH (Total Dynamic Head) vidjeli kako nastaje krivulja instalacije i gdje se nalazi optimalana radna tocka pumpe.U ovom poglavlju cemo se dodatno upoznati kako promjene pojedinih parametara pumpe i instalacije mjenjaju sposobnosti pumpe da izvrsi svoj zadatak a to je transport tekuCine.B Tank na obalihBh2AhIhASlika 27Tank na brodu- Instalacija pumpePumpom s ove instalacije zelimo iskrcati teret iz tanka na brodu u tank na obali.Promatrajmo kap tereta u tanku na brodu (tocka A) koju zelimo premaciti uz pomoc pumpe u tank na obali (tockaB).Energetsku ravnotew ovog sistema postavljamo uz pomoc Bernoully-eve jednadZbe:Pri tome za usisnu stranu mozemo reCi: ukupna energija kapi tereta u tocki A ce biti jednaka energiji koju ce ta kap imati na usisu pumpe (tocka 1) uvecanoj za gubitke u usisnom cjevovodu:2+ P..Ukupna.gV+=hA2gV)'--penergija kapi A u tanku na brodu2+ ----1-+PI.g2g-yrUkupna energija kapi A na usisu pumpegdje SU: PA -tlak u brodskom tanku p - gustoca tereta g - konstanta gravitacije = 9,81 mls2 VA-hI +brzinagibanjakapiu tockiAhA- visina tocke A isti parametri sa indeksom 1 odnose se na usis pumpe hfu - gubici trenja usisne instalacijeL(1)hi u./ 9. Ukoliko energetsku ravnotew postavimo i za tlacnu stranu instalacije,dobiti cemo slijedeci izraz: '-/2~~ 2g Y+.p.g2+ h2=PB+~) ,!.g+ hB +L2gh I,(2)./Y Ukupna energija kapi A u tanku na obaliUkupna energija kapi A na tIaenoj strani pumpeZbrojimo Ii ove dvije jednadZbe...</p>