Установка насосов

Лекция № 12

Установка насосов. Явление кавитации. Высота всасывания.

Требования к установке нагнетателей в части устранения вибраций и шума в полной мере относится к установке насосов, однако, говоря об установке насосов, необходимо иметь в виду некоторые особенности их эксплуатации. Простейшая схема установки насоса показана на рис. 12.1. Вода через приёмный клапан 1 попадает во всасывающий трубопровод и затем в насос, и затем через обратный клапан 2 и задвижку 3 в напорный трубопровод; насосная установка оборудуется вакууметром 4 и манометром 5.

Рис. 12.1 Схема насосной установки

Поскольку при отсутствии воды во всасывающем трубопроводе и насосе при пуске в работу последнего разрежение во входном патрубке далеко недостаточно для подъёма воды до уровня всасывающего ответвления, насос и всасывающий трубопровод необходимо заливать водой. Для этой цели служит ответвление 6, закрываемое пробкой.

При установке крупных насосов (с диаметром входного патрубка более 250 мм) заполнение насоса производится с помощью специального вакуумного насоса, создающего глубокий вакуум при работе на воздухе, достаточный для подъёма воды из приёмного колодца.

В обычных конструкциях центробежных насосов наименьшее давление имеет место вблизи входа в лопастную систему на вогнутой стороне лопастей, где относительная скорость достигает максимального значения, а давление - минимального. Если в этой области давление понизится до величины давления насыщенного пара при данной температуре, то возникает явление, называемое кавитацией.

Сущность кавитации состоит во вскипании жидкости в области пониженного давления и в последующей конденсации паровых пузырьков при перемещении кипящей жидкости в область повышенного давления. В момент смыкания пузырька происходит точечный резкий удар и давление достигает в этих точках очень большой величины (несколько мегапаскалей). Если пузырьки в этот момент находятся вблизи поверхности лопасти, то удар приходится на эту поверхность и вызывает местное разрушение металла. Это так называемый питтинг - множество мелких раковин (как при оспе).

Причём, происходит не только механическое разрушение поверхностей лопаток (эррозия), но и интенсифицируются процессы электрохимической коррозии (для рабочих колёс, сделанных из чёрных металлов – чугуна и нелигированных сталей.

Рекомендуемые материалы

Следует отметить, что такие материалы, как латунь и бронза гораздо лучше противостоят вредным воздействиям кавитации, но эти материалы весьма дороги, поэтому изготовление рабочих колёс насосов из латуни или бронзы должно быть соответствующим образом обосновано.

Но кавитация вредна не только потому, что разрушает металл, но и потому, что в кавитационном режиме резко снижается к.п.д. и другие параметры насоса. Работа насоса в этом режиме сопровождается значительным шумом и вибрациями.

Работа насоса при начальной стадии кавитации нежелательна, но допускается. При развитой кавитации (образование каверн - отрывных зон) работа насоса недопустима.

Основной мерой против кавитации в насосах является соблюдение такой высоты всасывания Н_вс (рис. 12.1), при которой кавитация не наступает. Такая высота всасывания называется допустимой.

Пусть Р₁ и с₁ - давление и абсолютная скорость течения перед рабочим колесом. Р_а - давление на свободной поверхности жидкости, DН - потери напора во всасывающем трубопроводе, тогда уравнение Бернулли:

отсюда

Однако, при обтекании лопатки, на её вогнутой стороне, местная относительная скорость , может быть еще больше, чем во входном патрубке w₁ (w₁ - относительная скорость в сечении, где абсолютная равна с₁)

                                                                 (12.1)

где l -коэффициент кавитации, равный:

Условием отсутствия кавитации является Р₁>Р_t,

Ещё посмотрите лекцию "БУЛГАКОВ Михаил Афанасьевич" по этой теме.

где Р_t - давление насыщенных паров перемещаемой жидкости, которое зависит от свойств жидкости, её температуры, атмосферного давления.

Назовём кавитационным запасом превышение полного напора жидкости над напором, соответствующим давлению насыщенных паров.

Определяя  из последнего выражения и подставляя в 12.1, получим:

Величина кавитационного запаса может быть определена по данным кавитационных испытаний, публикуемых заводами-изготовителями.