Hiện tượng xâm thực là gì? Hiện tượng xâm thực gây ra những thiệt hại gì cho máy bơm? Làm thế nào để ngăn ngừa hiện tượng xâm thực?

Hiện tượng xâm thực là một hiện tượng có thể xảy ra trong máy móc thủy lực và các hệ thống liên quan đến chất lỏng như van và đường ống. Sự chuyển đổi lẫn nhau giữa nước và hơi, một đặc tính vốn có của chất lỏng, đòi hỏi các điều kiện nhiệt độ và áp suất cụ thể. Ví dụ, nước bốc hơi ở 100°C dưới áp suất 101325Pa, nhưng chỉ ở 30°C dưới áp suất 4243Pa. Tương tự, khi nhiệt độ không đổi, việc giảm dần áp suất tuyệt đối trên bề mặt chất lỏng sẽ khiến nước bốc hơi khi áp suất giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định. Mỗi mức áp suất tương ứng với một nhiệt độ bốc hơi cụ thể, cũng giống như mỗi mức nhiệt độ tương ứng với một áp suất bốc hơi cụ thể. Trong quá trình nước chảy trong máy bơm, hiện tượng bốc hơi xảy ra khi áp suất tuyệt đối tại một vùng cục bộ giảm xuống bằng hoặc thấp hơn áp suất bốc hơi ở nhiệt độ đó, tạo ra nhiều bong bóng. Những bong bóng này chứa hơi nước và các khí hoạt động như oxy (O2) thoát ra từ chất lỏng. Khi những bong bóng này đạt đến vùng áp suất cao của máy bơm, áp suất cao sẽ buộc chúng nhanh chóng biến dạng và vỡ ra. Đồng thời, các hạt chất lỏng xung quanh lao vào không gian của bong bóng với tốc độ cực cao, va chạm dữ dội và tạo ra búa nước mạnh. Bong bóng càng lớn, áp suất búa nước trong quá trình sụp đổ càng lớn - các giá trị đo được có thể đạt tới hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn megapascal. Nếu bong bóng sụp đổ xảy ra gần bề mặt kim loại, nó sẽ tạo ra các tác động trực tiếp lên vật liệu. Sự hình thành và sụp đổ bong bóng liên tục dẫn đến các tác động lặp đi lặp lại trên bề mặt kim loại, đẩy nhanh quá trình xói mòn do mỏi. Hơn nữa, xói mòn dần dần làm hỏng lớp phủ bảo vệ kim loại. Với sự gia tốc của nhiệt ngưng tụ, các khí phản ứng bắt đầu ăn mòn hóa học, làm vật liệu hư hỏng hơn nữa. Các tác động kết hợp của xói mòn và ăn mòn biến đổi bề mặt kim loại từ rỗ thành các dạng giống như tổ ong hoặc bọt biển, cuối cùng dẫn đến sự xâm nhập hoàn toàn vào thành. Toàn bộ quá trình hình thành, phát triển, sụp đổ và phá hủy vật liệu của bong bóng này được gọi chung là hiện tượng xâm thực.

Sự xuất hiện và phát triển của hiện tượng sủi bọt phụ thuộc vào trạng thái của chất lỏng (nhiệt độ, áp suất) và tính chất vật lý của chất lỏng (bao gồm cả khí hòa tan trong tạp chất).

① Hiện tượng sủi bọt di động, là hiện tượng hình thành các bong bóng nhỏ và các lỗ rỗng đơn lẻ trong chất lỏng, dòng chất lỏng phát triển và sụp đổ, hiện tượng sủi bọt do lượng bong bóng lớn gây ra, hình thành sương mù;

② Sủi bọt cố định, là hiện tượng xâm thực do bọt bám vào ranh giới cố định của dòng chảy chất lỏng, còn gọi là xâm thực bám dính, trong máy móc thủy lực loại xâm thực này là chủ yếu;

③ Hiện tượng sủi bọt xoáy, là bọt khí được tạo ra ở trung tâm của dòng xoáy chất lỏng, tốc độ của tâm dòng xoáy lớn, áp suất thấp, dễ tạo ra hiện tượng sủi bọt hóa hơi chất lỏng; hiện tượng sủi bọt rung, là hiện tượng sủi bọt được hình thành do sự dao động áp suất liên tục có biên độ cao, tần số cao trong chất lỏng.

Nguyên nhân nào gây ra hiện tượng sủi bọt ở máy bơm nước?

● Hiện tượng xâm thực chủ yếu là do thiết kế máy bơm và hệ thống không phù hợp, bao gồm thiết kế đường ống đầu vào của máy bơm không hợp lý, nhiễu xoáy và bùn, bọt khí quá nhiều đi vào máy bơm và hàm lượng khí cao trong bùn cũng sẽ làm trầm trọng thêm hiện tượng xâm thực.

● Thiết kế máy bơm và hệ thống phù hợp, lựa chọn vật liệu chống mài mòn, giảm lượng khí nạp vào máy bơm và điều chỉnh khe hở thích hợp giữa tấm chắn bên hút và cánh quạt là những biện pháp quan trọng để giảm thiểu hiện tượng tạo bọt và mài mòn, do đó kéo dài tuổi thọ của máy bơm.

Hiện tượng rỗ khí ở máy bơm nước có thể gây ra thiệt hại cụ thể nào cho thiết bị?

Thiệt hại do hiện tượng rỗ khí ở máy bơm nước gây ra cho thiết bị tập trung ở ba loại: hư hỏng về mặt cơ học, suy giảm hiệu suất và hư hỏng vật liệu.

● Hao mòn cơ học và hư hỏng do va chạm

Sóng xung kích và tia vi mô do bong bóng vỡ tạo ra sẽ liên tục tác động vào cánh bơm, vỏ bơm và các bộ phận dòng chảy khác, gây ra hiện tượng rỗ, lỗ rỗ và trong trường hợp nghiêm trọng, hình thành các lỗ tổ ong hoặc thậm chí là xuyên thủng.

Tác động lâu dài sẽ làm cho mép cánh bơm bị bong tróc và gãy, thành trong của vỏ bơm bị mỏng đi, làm hỏng trực tiếp đến tính toàn vẹn về mặt kết cấu của thiết bị.

● Hiệu suất thiết bị tiếp tục giảm

Các bong bóng xâm thực sẽ chiếm không gian kênh dòng chảy, khiến lưu lượng thực tế, cột áp và hiệu suất của máy bơm giảm đáng kể, máy bơm không thể đạt được điều kiện làm việc theo thiết kế.

Sự tắc nghẽn của bong bóng trong đường dẫn dòng chảy có thể gây ra sự dao động dòng chảy và mất ổn định áp suất, từ đó làm tăng độ rung của bơm và ảnh hưởng đến độ ổn định vận hành tổng thể.

●Sự mỏi vật liệu và sự gia tăng tốc độ ăn mòn

Tải trọng va đập và ứng suất xen kẽ sẽ gây ra vết nứt do mỏi ở các bộ phận kim loại và sự lan truyền vết nứt có thể dẫn đến hỏng hóc đột ngột các bộ phận đó.

Hiện tượng sủi bọt làm hỏng lớp màng thụ động trên bề mặt kim loại, đẩy nhanh quá trình ăn mòn điện hóa. Đặc biệt trong môi trường có chứa axit và kiềm, hiện tượng ăn mòn và sủi bọt thúc đẩy lẫn nhau, làm giảm tuổi thọ của thiết bị.

Khu vực dễ bị xâm thực nhất trong máy bơm ly tâm

●Tấm che phía trước có độ cong cánh quạt tối đa nằm ở phía áp suất thấp gần mép đầu vào của cánh quạt;

Lưỡi xoắn ốc và cánh dẫn hướng trong buồng đùn nằm gần phía áp suất thấp của mép đầu vào.

●Khoảng hở kín giữa mép ngoài của đầu cánh quạt tốc độ riêng cao và vỏ, và mặt áp suất thấp của đầu cánh quạt không có tấm che phía trước;

Cánh quạt cấp một của máy bơm nhiều cấp.

Các biện pháp cải thiện hiệu suất chống xâm thực của bơm ly tâm

● Tối ưu hóa thiết kế kết cấu từ cửa hút của bơm đến khu vực cánh bơm. Tăng diện tích tiết diện dòng chảy; tăng bán kính cong của phần cửa hút của nắp cánh bơm để giảm thiểu gia tốc dòng chảy đột ngột và sụt áp; giảm độ dày cửa hút của cánh bơm một cách thích hợp và bo tròn cửa hút của cánh bơm để có hình dạng khí động học, điều này cũng giúp giảm gia tốc và sụt áp ở mép trước của cánh bơm; cải thiện độ hoàn thiện bề mặt của cánh bơm và các phần cửa hút của cánh bơm để giảm thiểu tổn thất lực cản; kéo dài cạnh cửa hút của cánh bơm về phía cửa hút của cánh bơm để cho phép dòng chảy đi vào sớm hơn, do đó tăng áp suất.

●Bánh xe tiền cảm ứng được sử dụng để làm cho dòng chất lỏng hoạt động trước trong bánh xe tiền cảm ứng, nhằm tăng áp suất dòng chất lỏng.

●Thiết kế cánh quạt hút kép cho phép chất lỏng đi vào từ cả hai phía cùng lúc, tăng gấp đôi diện tích mặt cắt ngang đầu vào đồng thời giảm một nửa vận tốc dòng chảy.

●. Điều kiện thiết kế áp dụng góc va chạm dương lớn hơn một chút để tăng góc vào của cánh, giảm độ cong ở cửa vào của cánh, giảm thiểu tắc nghẽn cánh, từ đó mở rộng diện tích cửa vào; đồng thời cải thiện điều kiện làm việc ở lưu lượng cao để giảm tổn thất lưu lượng. Tuy nhiên, góc va chạm dương không nên quá lớn, vì điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất.

● Sử dụng vật liệu chống xâm thực. Thực tế cho thấy, vật liệu có độ bền, độ cứng và độ dẻo dai càng cao thì độ ổn định hóa học càng tốt và hiệu suất chống xâm thực càng cao.

Các biện pháp cải thiện biên độ tạo bọt hiệu quả của thiết bị đầu vào chất lỏng

● Tăng áp suất của mức chất lỏng trong bể chứa trước khi bơm để cải thiện biên độ tạo bọt hiệu quả.

● Giảm chiều cao lắp đặt của bơm hút.

●Thay thế thiết bị bơm ngược bằng thiết bị chống dòng chảy ngược.

● Giảm tổn thất lưu lượng trong đường ống trước khi bơm. Ví dụ, rút ​​ngắn đường ống càng nhiều càng tốt trong phạm vi yêu cầu, giảm tốc độ dòng chảy, giảm thiểu việc sử dụng khuỷu tay và van, và tối đa hóa độ mở van.

● Giảm nhiệt độ của chất lỏng làm việc tại đầu vào của bơm (khi chất lỏng được vận chuyển đạt đến nhiệt độ bão hòa).

Các biện pháp trên có thể được áp dụng tùy theo lựa chọn máy bơm, lựa chọn vật liệu và vị trí lắp đặt máy bơm.