Металлургические процессы и оборудований

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Евразийский Национальный университет имени Л. Н. Гумилева

РЕФЕРАТ

«Металлургические процессы и оборудований»

Специальность 6B07117 - «Теплоэнергетика»

Выполнила: Сапа?бай А.Б..

Группа: ТЭ-35

Проверил:Копышева А.К.

Нур-Султан, 2022

Содержание

Введение

1. Причины появления кавитационного эффекта

2. Последствия кавитации в насосном оборудовании

3. Как минимизировать данное явление

4. Кавитация в центробежных насосах

4.1 Последствия кавитации в насосах

4.2 Влияние кавитации на характеристики насоса

5. Кавитация в конденсатных насосах

5.1 Причина кавитации в конденсатных насосах

5.2 Повреждения, вызванные кавитацией

Механизм и методы борьбы

Заключение

Библиография

Введение

Металлургический процесс -- совокупность методов (технологических процессов) добычи и производства металла.

Металлургический процесс подразделяется по способу производства:

· Металлургический процесс производства чёрных металлов -- Чёрная металлургия;

· Металлургический процесс производства цветных металлов -- Цветная металлургия;

Металлургические процессы подразделяются на три основных категории:

· Гидрометаллургические -- протекают в водных растворах при температуре до 300 градусов (выщелачивание, цементация);

· Пирометаллургические -- протекают при температурах более 300 градусов (плавка, отжиг);

· Электрометаллургические -- протекают в водных растворах или расплавах с протеканием электрического тока соответственно через раствор или расплав, при этом на катоде восстанавливается более чистый металл, чем используемый при изготовлении анода.

Основная цель металлургических процессов -- получение металлов без примесей (более высокой чистоты).

1. Причины появления кавитационного эффекта

Более подробно причину кавитации можно объяснить следующим образом. Гидравлический насос имеет сторону всасывания рабочей среды и сторону нагнетания. Когда на первой из них давление падает до давления насыщения паров (может стать гораздо меньше атмосферного), в жидкости образуются пузырьки пара, она начинает «кипеть». Чем ниже показатель давления, тем, соответственно, пузырьков будет больше.

После этого жидкость поступает в зону нагнетания. Давление там уже будет выше атмосферного. В результате пузырьки «схлопываются», образуя ударную волну. Порой при таком местном гидроударе давление превышает 10 тысяч бар. Кинетическая энергия частиц трансформируется в энергию упругой деформации. Насосные агрегаты не рассчитаны на подобные нагрузки, поэтому неизбежно возникают повреждения.

Выделяют 3 кавитационные стадии:

1)Начальная. На данном этапе кавитационная область еще отсутствует;

2)Развитая. Имеются кавитационные пустоты (каверны);

3)Суперкавитация. Обтекаемый элемент полностью располагается в области кавитационной каверны.

Явление кавитации в насосах происходит следующим образом - зарождение кавитации во многих случаях начинается с образования отдельных микроскопических пузырьков на участках пограничного слоя обтекаемого тела. После достижения определенного размера эти пузырьки поступают в зону видимой кавитации.

Полости или так называемые, каверны постоянного и устойчивого типов образуются без предварительного роста пузырьков в тех случаях, когда давление окружающей среды довольно низкое или соответственно высокая скорость потока.

Явление кавитации в насосах сопровождается вскипанием жидкости и является термодинамическим процессом, определяемым свойствами жидкости: давлением, температурой, скрытой теплотой парообразования, теплоемкостью. кавитационный эффект насос конденсатный

При вскипании жидкости в местах с минимумом давления образуются полости, заполненные паром и частично выделившимися из раствора газами. Возникшие пузырьки пара увлекаются потоком и попадают в область с более высоким давлением, где они вновь конденсируются. Так как кипение связано с затратой тепла на парообразование, которое должно быть получено из окружающей среды путем теплообмена, то процесс вскипания происходит с некоторым запаздыванием, т.е. минимальное давление в потоке достигает значения несколько меньшего давления парообразования и вскипание жидкости происходит из перегретого состояния. Конденсация пузырьков пара в области повышенного давления происходит также с некоторым запаздыванием в условиях относительного переохлаждения. В связи с отмеченными процессами вскипание и конденсация происходят с достаточно большой скоростью.

2. Последствия кавитации в насосном оборудовании

Кавитация очень сильно влияет на исправность работы насосного устройства. Данное явление недопустимо даже в небольших масштабах в силу своего разрушительного влияния. Так, при схлопываниикавитационных пустот возникает шум (или характерное потрескивание в области входа в рабочее колесо), а также вибрация, причем чем больше габариты насоса, тем эти показатели будут больше.

Снижение характеристик насосного агрегата при развитой степени кавитации будет отличаться у насосов различной степени быстроходности. Причем параметры будут резко уменьшаться в случае низкой быстроходности и постепенно -- при высокой. Если же кавитационная область полностью занимает сечение канала, подача насосного аппарата прекращается.

При продолжительной работе аппарата в условиях кавитации разрушаются материалы, из которых он изготовлен. Это явление называется питтинг, или точечное разрушение. Оно случается даже на начальном этапе кавитации.

Нужно различать разрушение по причине кавитации от коррозийного и эрозийного разрушения. Например, коррозия -- последствие химического либо электролитического воздействия рабочей среды на металл, из которого изготовлен насос. Эрозия же случается из-за отрыва металлических частиц твердыми веществами, которые содержатся в перекачиваемой жидкости (к примеру, песок).

3. Как минимизировать данное явление

Явление кавитации в насосном оборудовании возможно предупредить. С этой целью разработаны специальные формулы. Согласно им кавитация менее вероятна, когда увеличивается высота подпора (то есть снижается высота всасывания), возрастает давление на поверхности жидкой среды.

Помимо этого, каждый агрегат имеет свой кавитационный запас. Также вероятность появления кавитации возрастает вместе с плотностью жидкости.

Важно знать, что кавитацию увеличивают потери напора на всасывающей линии. Поэтому, чтобы минимизировать явление, нужно обеспечивать «сплошной поток».

Интересно, что на сегодняшний день не существует материалов, абсолютно стойких к кавитационному эффекту. Все они из-за него разрушаются, только одни медленнее, а другие быстрее. Есть материалы более стойкие, одновременно с механической прочностью они обладают химической устойчивостью. Примером является бронза. А вот углеродистая сталь, чугун очень подвержены кавитационному разрушению (у чугуна это происходит за счет быстрого разрушения включений графита в его составе). Использование кавитационно стойких материалов обеспечивает непродолжительную работу насосного устройства при частичной кавитации. Это целесообразно, например, если аппарат испытывает кратковременную перегрузку.

Чтобы уменьшить физические последствия кавитации, производители применяют разного рода твердые напыления, а также закалку самых уязвимых элементов насоса. Однако это практикуется не так часто, поскольку данные методы не очень эффективные и при этом дорогостоящие.

4. Кавитация в центробежных насосах

Кавитация в центробежных насосах-этогидродинамическое явление, которое зависит от гидродинамических качеств рабочих органов машины и физических свойств жидкости. Кавитация в насосоах обычно начинается при падении давления до значения, равного или меньшего давления упругости насыщенного пара и сопровождается нарушением сплошности потока с образованием полостей, насыщенных паром и растворенными в жидкости газами.

4.1 Последствия кавитации в насосах

Последствия кавитации в насосах сопровождается признаками, отрицательно сказывающимися на работе насоса.

Шум и вибрация возникают при разрушении кавитационных пузырьков в зоне повышенного давления. Уровень шума зависит от размеров насоса. Кавитационный шум проявляется в виде характерного потрескивания в зоне выхода в рабочее колесо.

Снижение параметров насоса при наличии развитой кавитации по-разному сказывается для насосов с разными коэффициентами быстроходности и зависит от значения и влияния кавитационной зоны. При низкой быстроходности параметры снижаются резко. Для насосов с высоким коэффициентом быстроходности характерно постепенное снижение параметров. Если кавитационная зона занимает все сечение канала, то происходит срыв(прекращение) подачи насоса.

Кавитационное разрушение материалов (питтинг) происходит при длительной работе насоса в условиях кавитации в местах захлопывания пузырьков. Питтинг имеет место как при начальной, так и при развитой кавитации.

Эксплуатация насосов с подачей большей расчетной также иногда приводит к кавитационным повреждениям элементов рабочих колес и корпусных делатей. Считается, что кавитационное разрушение материала происходит из-за механического воздействия кавитирующего потока на материал.

Следует различать разрушение, вызванное кавитацией, коррозией и эрозией. Коррозия является следствием химического и электролитического воздействия сред на металл, а эрозия происходит в результате отрыва частиц металла твердыми телами, транспортируемыми перекачиваемой жидкостью(например, песком).

Наличие материалов, стойких против кавитационных разрушений, неизвестно. Все материалы быстрее или медленнее разрушаются. Более стойкими являются материалы, которые наряду с механической прочностью обладают химической стойкостью, как, например, бронза. Сильно подвержены кавитационному разрушению чугун и углеродистая сталь.Наиболее кавитационно устойчивой считается нержавеющая сталь. Применение кавитационно стойких материалов может обеспечить непродолжительную работу насоса без заметного разрушения в условиях частичной кавитации. Такая возможность представляет значительные преимущества, например в условиях кратковременной перегрузки насоса.

4.2 Влияние кавитации на характеристики насоса

Кавитация в центробежных насосах сопровождается нарушением неразрывности потока в насосе и отражается на его нормальных характеристиках. Последствяи кавитации в насосах оказывают непосредственное влияние на характеристики насоса. Начальная стадия кавитации, ограниченная небольшой областью (местная кавитация), не сказывается заметно на подаче и напоре насоса и проявляется характерным потрескиванием в области всасывания, обусловленным гидравлическими ударами. Местная кавитация в насосах может сопровождаться разрушением материала колеса или корпуса насоса. Кавитация более развитая приводит к уменьшению подачи, напора и КПД насоса, а затем и к полному срыву его работы. На этом рисунке показано влияние кавитации на характеристики насоса, пунктиром отмечен нормальный ход характеристик без кавитации.

Кавитация является одним изосновныхфакторов нарушающих нормальную работу насоса. К другим факторам влияющим на выдаваемую насосом характеристику относят гидравлическое сопротивление.

Кавитация в насосах является фактором,сильнейшим образом влияющим на надежность работы насоса. Длительная работа насоса в области даже незначительных кавитационных явлений совершенно недопустима в силу разрушающего действия кавитации.

5. Кавитация в конденсатных насосах

Конденсатные насосы разработаны специально для перекачивания жидкости. Таким образом, если бы перед ними стояла задача транспортировки пара с более низкой плотностью, насосы оказались бы не особо эффективными, а пар бы не перемещался.

Эта проблема возникает при образовании кавитации в конденсатных насосах. Кавитация -- это образование паровых полостей внутри перекачиваемой жидкости, что приводит к снижению плотности смеси жидкости и газа. Такое смешение фаз уменьшает эффективность работы насоса, снижая его способность перекачивать жидкость и вызывая дальнейшие осложнения. В мире пара проблемы кавитации обычно встречаются в электрических насосах для сбора конденсата.

5.1 Причина кавитации в конденсатных насосах

Кавитация, в частности, заключается в превращении конденсата внутри насоса в пар, и ее не следует путать с проблемами, вызванными потоками пара, поступающими извне насоса. Учитывая это, в данном разделе будут более подробно рассматриваться механизм фазового перехода от жидкости к пару внутри насоса, причины фазового перехода и практические методы предотвращения кавитации.

Когда вода приближается к точке кипения, часть жидкости превращается в пар. В насосной системе это может происходить в областях с относительно более низким давлением внутри насоса. Обычно область низкого давления создается за счет вращения рабочего колеса насоса. Более высокая скорость соответственно приводит к падению статического давления, а по мере увеличения скорости конденсата давление уменьшается. В результате горячий конденсат превращается в пар, образуя паровую пустоту или полость.

Существует несколько возможных факторов, связанных с допускаемым кавитационным запасом (ДКЗ), которые могут повлиять на запаривание насоса:

· Высокая температура конденсата приводит к увеличению частоты запариваний внутри насоса;

· Высокоскоростные насосы создают соответственно более высокую скорость конденсата на рабочем колесе насоса и, следовательно, вызывают более высокие локальные падения давления (например, 3500 об/мин против 1750 об/мин);

· Недостаточная высота заполнения на входе в насос не может предотвратить запаривание (не обеспечивает достаточный статический напор для конденсата в улитке);

· В некоторых редких случаях ограниченный размер входной трубы может привести к значительному падению давления на входе насоса.

В таких случаях объем локального выпара велик, но содержание скрытой теплоты по отношению к общей массе смеси низкое. Затем, когда выпар продолжает смешиваться с конденсатом, образовавшиеся внутри жидкости полости для выпара быстро и достаточно сильно захлопываются. Быстрые захлопывания создают ударные волны, которые приводят к слышимым звукам. Эти звуки часто являются первым индикатором для персонала предприятия о возникновении кавитации.

5.2 Повреждения, вызванные кавитацией

Звуки кавитации -- это первый внешний признак возможных внутренних повреждений насоса. Эти звуки похожи на те, что издают камешки в банке при встряхивании. Кавитация может привести к повреждению не только самого насоса, но также трубопроводов и другого сопутствующего оборудования.

Быстрое образование и сжатие паровых полостей, которые образуются в результате кавитации, повреждают внутренние поверхности насосов и трубопроводов, вызывая эрозию и утоньшение рабочих колес и корпуса насоса. Кроме того, при неэффективной перекачке конденсат скапливается, создавая идеальную среду для возникновения коррозии. Коррозия трубопроводов и оборудования из-за накопления конденсата и эрозия рабочего колеса и других компонентов насоса представляют собой две формы повреждения, которые не всегда можно наблюдать снаружи насоса. К счастью, можно принять меры, чтобы избежать таких скрытых проблем.

5.3 Механизм и методы борьбы

Как вы, вероятно, уже знаете, установка вентиляционных отверстий или другого оборудования для удаления газов не поможет предотвратить кавитацию, поскольку эти решения предназначены для удаления газов, попавших в систему извне, и не устранят основную причину кавитации. Чтобы предотвратить кавитацию, важно избежать образования паровых полостей внутри насоса.

Даже когда температура конденсата, поступающего в насос, значительно ниже температуры кипения, риск кавитации все еще велик, так как часть жидкости может мгновенно испариться. Запаривание может происходить из-за небольшого повышения температуры или падения давления при изменении давления пара, при сбросе нескольких единиц оборудования в общий конденсатный коллектор, при открытии байпасных клапанов или при отсутствии устранения утечек в конденсатоотводчике.

Расчет доступного допускаемого кавитационного запаса (ДДКЗ) и тщательный выбор насосов с совместимым требуемым допускаемым кавитационным запасом (ТДКЗ) могут помочь уменьшить случаи кавитации и связанных с ней повреждений. Но все же существует множество промышленных процессов, где ДДКЗ для недорогих электрических насосов не определен. Повышение температуры конденсата может вызвать кавитацию в любом насосе с центробежной силой, если доступное значение ДКЗ (Д) ниже требуемого ДКЗ (Т), поэтому необходимо учитывать несколько причинных факторов.

В этой статье мы не рассматриваем процесс сброса электрических конденсатных насосов, но вскользь затрагиваем соответствующее требование для точного расчета полного динамического напора (ПДН) для системы, чтобы можно было выбрать насос с надлежащим общим давлением нагнетания (ОДН). Часто насос, который идеален по параметрам ДДКЗ, не является лучшим для с точки зрения параметров ПДН, но, возможно, это тема для другой статьи по теории пара.

Заключение

Кавитация -- это образование паровых полостей внутри перекачиваемой жидкости, что приводит к снижению плотности смеси жидкости и газа. Такое смешение фаз уменьшает эффективность работы насоса, снижая его способность перекачивать жидкость и вызывая дальнейшие осложнения. В мире пара проблемы кавитации обычно встречаются в электрических насосах для сбора конденсата.

Кавитация в центробежных насосах наносит непоправимый вред устройству. Необходимо соблюдать все условия эксплуатации машины и не допускать возникновения эффекта. В противном случае вам придётся производить ремонт или замену устройства в первый год работы. Помимо износа поверхностей, детонация расшатывает подшипники вала устройства, а их замена требует особых навыков и скорее будет невозможна.

Библиография

1. https://tehnogrupp.com/blog/kavitatsii-v-nasosakh

2. https://www.arkronix.ru/blog/kavitatsiya_v_nasosakh_chto_za_yavlenie_i_kak_s_nim_borotsya/

3. https://www.tlv.com/global/RU/steam-theory/cavitation-in-condensate-pumps.html

4. https://www.nektonnasos.ru/article/gidravlika/kavitaciya-v-nasosah/

5. https://www.akvahit.ru/articles/kavitatsiya-v-nasosakh-opasnye-razrusheniya/#anch965854

Размещено на Allbest.ru