Боровский Овсянников Чебаевский Шапиро Лопастные насосы_150dpi (1047810), страница 34
Текст из файла (страница 34)
При этом относительное движение жидкости в колесе — установившееся. На нерасчетных расходах рабочее колесо работает в условиях иеустановившегося движения, поскольку давление на выходе из каждого межлопаточного канала, а следовательно, ц расход через него непрерывно меняется с оборотной частотой. Измерения показали, что в этом случае давление ио окружности входного пзтрубкз также неравномерно, причем характер неравномерности повторяет эпюру давления иа выходе из колеса.
Таким образом, можно было бы ожидать, что кавитационные явления, развивакцциеся в межлоиаточнылх каналах рабочих колес, работающих в колебательном режиме, будут отличаться от кавитациониых явлений иа расчетном расходе. Для проверки высказанной гипотезы о влиянии размеров спирального отвода иа кавнтациоиньк характеристики насоса были проведены в~чти ип ион кочц и11к1~ижиох1 и цеи1робежиом насосах, Один из отволок для каждого пасоса обеспечивал равномерное давление ио периферии колеса Другим вариантом у шнеко-центробежного пасоса был спиральный отвод с площадью сечения спирали, уменьшенной втрое, а у центробежного насоса был применен кольцевой сборник, Эти опытгя показали, что изменение размеров спирального отвода ие оказывает зачетного влияния на кавитационные характеристики насосов.
Таким образом полученные выше зависимостц для расчета капитациоиных характеристик могут применяться как для рас~стпых, так и нсрасчетных режимов работы насосов по расходу. Кроме изменения характера течения, связанного с отводом, длп ишеко-центробежных насосов следует рассмотреть нерасчетиы условия, связанныс с первоначальным кавитацноиным срыиоч и игробежиого колеса. Высокие аитикавитзционные свойства ши ко-центробежных насосов, как было показано выше, обсспсчии;влся, главным образом, первым по потоку рабочим колесом ии коч. Эти свойствз реализуются при первоначаль- иом срыве шпека или, в предельном случае, при одновременном ерыве обоих колес. Эти условия существуют только в опредетепном диапазоне расходов.
На рис. 3.55 показана типичная зависимость срывпого подпора от расхода. На этой завпсимоспг оптимальному (расчеткому) условшо псрвоначалыюго срыва шнека соответствует диапазон расходов В. Прп расходах Я, и Я~ шнек и центробежное колесо срывают одновременно. а в диапазонах А и С срыв напора насоса обусловлен первоначальным срывом центробежного колеса. В диапазоне С этот срыв Рис З.ЬЭ Типичная капит»»ионная характеристика имено иантро. сжного пасоса при иансиеиии расхола обусловлен недостаточным напором, развиваемым шнеком (см, раздел о напоре шнека). В дп»назоне А срым обусловлен гас»мп, выделяющим»си из жильсзегп в зоне иоиижейиого давления в центра,тыкай чает» веиенииниией трубы.
Пониженное дав.~еиие здесь вьгзиапо действием протпвогоков, существующих ири работе насоса на достаточно малых расходах (см. гл. Ъ'). Выдслнвшиеся газы приводят с одной стороны к резкому уменьшению напора шнека, а с другой — к ухудшению антикавитаппонпых свойств центробежного колеса.
Кроме того, при доста1очно большом количестве свободных газов реализуется так наывасмый нулевой критический режим центробежного колеса, писание которого дано в гт. 1Ч. Влияние выделившихся из .кидкости газов нри работе насоса в диапазоне А (см, рис. 3.55) ичеет характерную особенность, заключающуюся в том, 1то характеристика Л/ти=/(9) в этом диапазоне не моделируется ио квадратичному закону ' " =- сонат: с умепьии пиен ч»сптты сот ьращеппя величина Л/аи/сох растет. Помимо этого (ннп» увеличищится также и приведенный расход Я~/со, тпк, по зопп А возрастает, а зона В сокращается. Кроме частоты нр»щения на величину Я1/со оказывает также влияние кол»честно растворенного колкости газа, а также угол установки .иияткп шнека на ~ толе: увеличение того и другого еда|и»с ~ и( птичсскпй расход с/, вправо.
22! Следует отметить, что и при работе на полностью дегазированной жидкости диапазон <4 все равно имеет место, но в этом случае он обусловлен нагревом жидкости во входной области насоса. 3.8. КАВИТАЦИОНИАЯ ЭРОЗИЯ В шнеко-центробежных высокооборотных насосах, обладаюших высокими антикавиташюнными свойствами по срыву напора, кавитационная зона возникает при входных давлениях, в десятки раз превышаюьчих давление срыва. Следовательно, нормальная эксплуатация таких насосов происходит на режимах развитой кавитацин, приводящих к кавитационной эрозии рабочих колес. По этой причине высокооборотные шнеко-центробежные насосы наибольшее распространение получили в ракетной технике, а также в авиации, где требуемый ресурс работы невелик 1от нескольких минут до сотен часов). При такой продолжительности работы кавнтационная эрозия, как правило, не успевает разрушить насос, Однако постоянная тенденция к возрастанию скоростей вращения рабо <их колес приводит все к большей интенсивности кавитациоииой эрозии, которая в ряде случаев может вызвать поломку лопаток рабочих колес даже при кратковременной работе.
Для стационарных установок с потребным ресурсом в десятки и сотни тысяч часов кавитационная эрозия является одной из основных проблем, препятствующих повсеместному применению высокооборотных шиеко-центробежных насосов. Анализ кааитационных повреждений в шнеко-центробежных насосах показал, что заметная эрозия при времени работы 5— 1О мин возникает как в центробежных, так н и <писковых коле. сах при окружных скоросгях выл<с 100 л</< лая нержавеющих сталей н 80 м/с для ашоьипньсвых сплавов. Согласно данным работы 144), существует некоторая пороговая скорость обтекания тела, ниже которой эрозия не возникает при сколь угодно большом времеви работы.
Приближенная зависимость для определения величины пороговой скорости имеет вид (при коэффициен~е начальной кавитации 1«ж1,51: <л< о, — предел текучести материала, р — плотность жидкости. 1; .<и а насосе скорость меньше пороговой, то кавитационная эро.«<я может не набл<одаться и прп значительном времени р або «.< 1!ии. н1;<велены некоторые закономерности кавнтацпонной эрозии и и у1 Г кпь<х н шиековых колес шнско-центробежных .222 да поверхности металла наблюдалось прп давлении, превышающем срывное примерно в !3 раз. С уменьшением входного давления объем разрушенного материала растет (вплоть до срыва напора), причем места кавитациоипых разрушений не меняются.
Объем разрушенного материала Р условно считался как объем половины эллипсоида с осямн, равными максимальным: длине, ширине и двойной глубине эрозионпой зоны. Огиосительиый объем !' — отношение объема разрушенного ! ! материала к объему разрушенного материала дли режима кзвитаииоииого срыва. При уменьшении входного давления ниже срывного зона эрозии перемешается от входной области к выходной, а интенсивность ее существенно снижается Таким образом, в данном случае максимальной кавита- ,. "~"'.Ф' '' .
. ивонной эрозии соответствует второй критический режим. Влияние времени работы Рнс. Зб7. Центробексные колеса с оирЕДеЛЯлОСь путЕМ ИЗмерЕ- .рааруаеннымн охоанынн участ- ния размеров зоны эрозии канн попа'ок, Работавшего без Чсреэ КаждЫЕ 5 Мин рабОтЫ Ианредвключенного юнека (т=бо нннк (вырез а сюкрывнон юкке спеаао соса. Оказалось, что при всех а;га анализа свойств интервала! исследованных входных давлениях ооъеы эрозии растет со временем; эта зависимость линейная, проходящая через начало координат (инкубационный период. во всяком случае, был меньше 5 мпн). Влияние скорости вращения колеса также было исследовано па этой серии колес. Интенсивность эрознонного разрушения по объему возрастает прямо пропорционально скорости приблизительно н пятой степе~и.
Аналогичная зависимость была получена н па колесах, отличающихся от показанных па рис. 3,55 диаметром начала лопаток (О, =50 ым). Влияние шнека иа кавиташюиную эрозию центробежного колеса проявляется в частности в зна штельной неравномерности (т(н кратной) разрушений в различных мсжлопаточиых кана. лзх нпиболыиая эрозия наблюдается у тех лопаток, которые расположены вблизи лопастей шнека. Поэтому выходные части шнсконых лопастей целесообразно располагать посередине межлопаточшах каналов центробежного колоса. Благоприятного эф. фекта можно добиться также путем увеличения расстояния меж- ду выходными нромками лопастей шнека и входными кромками лопастей центробежного колеса.
Следует отметить, что эрозия колес, представленных на рнс. 3.57, не оказывала сушествеиного вл1гнння иа рабочие ха- р,д Рнс. А58. Грачрни изменения относительного объема раарун1енного мате- 1 риала У вЂ” нентробежного колеса и относительного напора Й от вход- -1,7 Р1' ного давления нрн различной длительности 1еснмтаннй (Насос шнеке-нентро- бежнмй; перекачнваеная жидкость — вода): 1-6 — номера опытных колес, стселкоа гкаэанм исследуемые точки. длательность и моты: к — з мин1 0 — 1е мнн: Ф вЂ” 1ь мнн; -ь — го мин Р1 = рн рахтеристики насоса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
