Защита хладонового насоса от кавитации

Пояснения к вопросу в канале Академии Криофрост от 20.11.2025. Вопрос заключался в определении неудачных конструктивных решений при проектировании жидкостной магистрали от циркуляционного ресивера до насоса.

Жидкость в циркуляционном ресивере находится с состоянии насыщения при рабочем давлении. Подвод теплоты извне или падение давления приведет к вскипанию части жидкости.

Попадание пузырьков газа на крыльчатку динамического насоса может привести к серьезным механическим повреждениям. При этом следует помнить, что давление жидкости на входе в насос будет ниже рабочего за счет разрежения, создаваемого насосом.

Образование и схлопывание пузырьков газа по мере прохода жидкости по лопаткам рабочего колеса называется кавитацией. Схлопывание пузырей сопровождается существенным ударом по поверхности металла. Каждый пузырек мал сам по себе, однако длительная работа машины на парожидкостной смеси приводит к серьезным авариям.

Изображение из открытого источника

Изображение из открытого источника

Для предотвращения кавитационного режима работы можно предпринять несколько проектных решений:
1) Обеспечить напорный столб жидкости - разместить насос под циркуляционным ресивером, в таком случае высота столба жидкости от зеркала в ресивере до всасывающего патрубка будет обеспечивать запас по давлению.

2) Обеспечить переохлаждение жидкости в магистрали циркуляционный ресивер-насос.

Напор жидкости в магистрали будет тратиться на преодоление гидравлических сопротивлений (местных и по длине). При проектировании магистрали можно учитывать следующие рекомендации:
1) Ограничить скорость потока - потери давления пропорциональны квадрату скорости, заложив бОльший диаметр магистрали можно существенно снизить скорость потока (в справочной литературе рекомендуется ограничить скорость в 0,3 м/с).

2) Избегать лишних местных сопротивлений - избыточных поворотов, сужений и расширений потока и избыточной ЗРА.

При выборе насоса следует учитывать параметр NPSH (Net Positive Suction Head) - “Необходимый абсолютный напор превышающий упругость насыщенных паров, которым должна располагать жидкость на входе в колесо для предотвращения кавитационного режима работы”. Также можно встретить термин “Кавитационный запас”. Оба параметра определяют минимально необходимый напор жидкости.

В представленной задаче исправленная схема будет выглядеть следующим образом:

1) Слив из циркуляционного ресивера сделать с нижней точки;
2) Убрать паразитную петлю;
3) Убрать ненужный переход диаметра патрубка;
4) По возможности увеличить длину патрубка Z;
5) По возможности увеличить диаметр патрубка D.

Вывод: при подборе насоса для обеспечения его работы в бескавитационном режиме необходим запас по давлению на преодоление гидросопротивлений и NPSH.