Висота всмоктування насосів
Головне меню
Будівельні роботи
Знайшли помилку?
Висота всмоктування насосів. Кавітація насосів
Розглянемо насосну установку з відцентровим насосом, представлену на малюнку 21. Для того щоб можна було підняти рідину з рівня О-О, що лежить нижче осі насоса, насос, як вказувалося раніше, повинен створювати біля входу на лопатки робочого колеса абсолютний тиск, який менше атмосферного (Розрідження, або вакуум). Тоді під дією атмосферного тиску а точніше за рахунок різниці тисків і (названої вакуумметричною висотою всмоктуванняНвак ) і відбувається всмоктування, тобто підйом рідини до центру насоса. Рідина піднімається по всмоктувальному трубопроводу установки; тому природно, що, крім подолання геометричної висотиНг-в, необхідно витратити частинуНвак на створення в ньому швидкостіvв та на подолання гідравлічних опорівhwв по дорозі руху.
Всі вищевикладені міркування можна подати у вигляді наступного рівняння:
(2 - 24)
З цього рівняння можна визначити висоту установки насоса над нижчим рівнем рідини у приймальному резервуарі:
(2 - 25)
ВеличинаHвак для кожного насоса різна. При розрахунку геометричної висоти всмоктування конкретного насоса, цю величину слід приймати за каталогом. Інші члени рівняння визначаються гідравлічними розрахунками.
Вакуумметричну висоту всмоктування визначають на заводах дослідним шляхом, вона наводиться в каталогах при м вод. Тому при роботі насоса в інших умовах необхідно в каталожні дані вводити поправки і визначати так звану допустиму вакуумметричну висоту всмоктуванняформулі:
(2 - 26)
де: - Фактичний атмосферний (барометричний) тиск, що приймається за таблицею 1; - пружність парів рідини в м вод. ст. при цій температурі, що приймається для води за таблицею 2.
У такому разі допустима геометрична висота всмоктування відцентрового насоса дорівнюватиме.
(2 - 27)
Наведені вище міркування відносяться переважно до визначення геометричної висоти всмоктування відцентрових насосів масового випуску. При використанні поршневих насосів у праву частину формули (2-27) слід додати член, що визначає додаткові втрати напору на подолання сил інерції рідини (при поворотно-поступальному русі поршня насоса) та на підтримку всмоктувального клапана у зваженому стані. Втрати напору на подолання сил інерції рідини у всмоктувальному трубопроводі вимагають спеціального розрахунку і в основному залежать від довжини труби і числа оборотів; тому поршневі насоси відрізняються малим числом оборотів та короткою довжиною всмоктуючого трубопроводу.
При роботі лопатевих насосів, як вказувалося раніше, на їхній всмоктувальній стороні, а точніше при вході на лопатки робочого колеса зазвичай створюється тиск менше атмосферного (розрідження). Величина його, як видно з наведеного нижче рівняння:
(2 - 28)
визначається величиною атмосферного тиску, геометричною висотою всмоктування, швидкістю потоку, а отже, і гідравлічними опорами. Крім того, судячи з досвідчених даних, це зниження тиску відбувається по перерізу потоку нерівномірно і має найбільшу величину в місцях його різких поворотів, тобто на передньому диску біля входу на лопатки і опуклій стороні лопаток. Якщо тиск при вході на робоче колесо лопатевого насоса з будь-якої причинивпаде до тиску, рівного пружності пари рідини, що перекачується, то в потоці, особливо в зазначених раніше місцях найбільшого зниження тиску, будуть утворюватися розриви, тобто порожнечі, що заповнюються парами і газами, що виділяються з цієї рідини.
Такий процес порушення суцільності течії потоку, що нагадує бурхливе кипіння рідини, називається кавітацією.
Повітряні бульбашки, що утворилися в рідині, відносяться потоком в область підвищеного тиску, де і відбувається конденсація пари. До конденсації гідростатичний тиск рідини, що оточує пароповітряний пляшечку, врівноважується внутрішнім протитиском його пари і газу. При конденсації займаний парою обсяг миттєво зменшується до невеликого обсягу конденсату і розрідженого газу, що залишився; тому частинки рідини, не зустрічаючи протидії, починають рухатися і прискорено рухаються до центру бульбашки.
Там вони стикаються, викликаючи миттєве місцеве підвищення тиску. Це підвищення особливо велике, якщо конденсація бульбашки відбувається на шорсткої і тріщинуватої поверхні, коли частинки рідини проникають у поглиблення і тріщини подібно клину. У цьому випадку підвищення тиску досягає тисяч атмосфер і супроводжується відколюванням шматочків металу з лопаток або інших елементів робочого колеса та деякою (іноді навіть небезпечною) вібрацією всього насоса. Описаний механічний процес руйнування робочих коліс зветься ерозії.
З різноманітного складу атмосферного повітря найбільшою розчинністю у воді відрізняється кисень; тому гази, що виділяються з рідини в зоні зниженого тиску, переважно представлені киснем. Наявність великої концентрації кисню, а також безперервне видалення захисної плівки оксидів при механічному руйнуванні поверхніметалу сприяють корозії. Руйнування гладких поверхонь починається головним чином з хімічного руйнування, механічне починається пізніше, коли поверхня стане шорсткою.
Крім цих явищ, спостерігається посилення теплових, електричних та інших процесів, які або прискорюють хімічні реакції, або свідчать про перебіг кавітаційного процесу. Так, при кавітації виникають специфічний шум, потріскування, окремі удари та шарудіння, що нагадує перекочування гальки в трубі. Інтенсивність цих шумів може характеризувати інтенсивність процесу кавітації.
Тріск і окремі удари, що нагадують слабкі постріли, пояснюються в такий спосіб. В результаті місцевого підвищення тиску повітря, що залишилося після конденсації пари сильно стискається і подібно демпферу (пружині) накопичує енергію за рахунок спрацювання кінетичної енергії навколишньої рідини. Через це відбувається зворотний процес. Стиснене повітря починає швидко розширюватися. Але швидке розширення супроводжується вибухом, тому й спостерігаються такі специфічні звукові ефекти, як потріскування та ін.
З вищевикладеного випливає, що кавітація є небажаним, а в окремих випадках навіть небезпечним явищем, що призводить до руйнування робочих органів насоса, тому треба прагнути до попередження цього явища.
Для нормальної роботи насосів (нормального всмоктування) необхідно, щоб мінімальний абсолютний тиск в області вхідних кромок лопаток робочого колеса перевищувало пружність парів рідини при даній температурі, тобто Для дотримання цієї умови перш за все потрібні правильні розрахунки геометричної висоти всмоктування та розмірів лінії всмоктування.
При цьому необхідно враховувати можливе збільшення подачі насосів за значногоколивання рівня води у джерелі (наприклад, під час паводку). Досвід показує, що в такому випадку підвищується відносна швидкість потоку в колесі, збільшуються виховання з відривом потоку від лопаток і в кінцевому рахунку відбуваються кавітаційні руйнування.
Не слід також допускати збільшення кількості обертів насоса без належної перевірки, тому що при цьому зростає його подача, а разом з нею збільшується і небезпека кавітації.
Зрештою, необхідно звертати увагу на правильне конструювання водоприймаючої частини насосних установок. Особливо це стосується великих насосів вертикального виконання з короткими трубами, що всмоктують, де найменше закручування потоку в камері всмоктування може призвести до посилення нерівномірності розподілу швидкостей і тисків біля входу на лопатки колеса і посилення небезпеки кавітації.
У тому випадку, якщо діюча насосна установка працює в умовах кавітації, необхідно насамперед з'ясувати причини, що породжують кавітацію, тобто встановити причини зниження тиску в проточній частині робочого колеса. А потім уже, судячи з обставин, слід ухвалювати те чи інше рішення. Іноді обставини складаються отже усунути причину кавітації неможливо. Тоді доводиться миритися з кавітацією, а всю увагу зосереджувати на пошуку найбільш стійких у кавітаційному відношенні матеріалів для робочих органів насоса.
Щодо цього найменш стійки алюміній і оброблений на верстатах чавун. Більш стійкий необроблений чавун, потім бронза, вуглецева сталь і, нарешті, нержавіюча сталь.
Чиста обробка поверхонь металу, їх шліфування також підвищують стійкість проти руйнування кавітації.
Іноді вдається підвищити тиск у насосі шляхом підведення деякої частини рідиниз напірного трубопроводу в область вхідного патрубка насоса спеціально влаштованої обвідної лінії. Ще більший успіх може бути отриманий при встановленні на вході в трубу, що всмоктує, водоструминного апарату за схемою, представленою на малюнку 5.