Кавитация в лопастных насосах

В насосах самое низкое статическое давление во входной части рабочего колеса - у тыльной стороны лопасти, сразу после входа потока на лопасть. На рис. это место обозначено точкой - А. Далее при перемещении жидкости по каналам колеса статическое давление возрастает из-за силового воздействия лопастей на поток.

Кавитация в насосе может возникнуть только в том случае если давление в каком либо месте потока снизится до давление насыщенных паров жидкости P_пж, прежде всего это произойдет в области точки А (там самое низкое давление). В этом месте жидкость закипит, образуются паровые каверны, которые потоком переносятся к периферии рабочего колеса, где давление больше давление насыщенных паров жидкости P_пж.. Произойдет быстрая конденсация пара и как следствие смыкание каверн сопровождающее мгновенным местным повышением статического давления (локальный гидравлический удар). В зоне смыкания каверн происходит разрушение лопастей и дисков рабочего колеса см. рис. Кавитация в насосе сопровождается шумом, треском, вибрациями, резким снижением напора, мощности и КПД насоса.

Кавитационное разрушение (эрозия) деталей проточной части насоса

Чтобы кавитация в насосе не возникала должен быть предусмотрен запас на кавитацию – кавитационный запас.

Для вывода формулы кавитационного запаса составим уравнение Бернулли для сечений В-В, 1-1, приняв за плоскость сравнения плоскость, проходящую через отметку оси насоса В ввиду малости гидравлических потерь на участке В-В, 1-1 и разницы отметок положения потока ими пренебрегаем. Тогда:

,

где: Р_в, Р₁ – средние статические абсолютные давления соответственно в сечениях В-В, 1-1;

V_в, V₁ – скорость соответственно в сечениях В-В, 1-1

Снижение статического давления в потоке жидкости при течении ее от сечения В-В до сечения 1-1.

Так как распределение относительной скорости W по поперечным сечениям каналов рабочего колеса неравномерно, то и статического давления будет распределятся по этим сеченим неравномерно в том числе и в сечении 1-1 (см. рис.). Поэтому в точке А будет наблюдаться дополнительное снижение статического давления по сравнению со средним.

Понижение статического давления (Р_ст) в сечении 1-1 из-за неравномерности относительной скорости W можно представить в следующим виде.

,

где :W₁ средняя относительная скорость в сечении 1-1;

l - коэффициент неравномерности, показывает неравномерность распределения относительной скорости по сечению I-I.

Общее понижение статического давления в потоке жидкости при течении ее от сечения В-В до точки А сечения 1-1.

Статическое давлении в точке А

При снижении абсолютного давления перед насосом (в сечении В-В), например, из-за увеличения геометрической высоты всасывания или возрастания гидравлических потерь во всасывающей линии насоса давление точке А (сечение 1-1) также понизится. Как только

оно достигнет давления насыщенных паров жидкости, в насосе возникнет кавитация. В этом случае давление на входе в насос называют критическим Р_в = Р_в.кр. Таким образом, условием возникновения кавитации в насосе будет.

,

или

.

Заменив на

,

получим

.

Преобразуем последнее выражение следующим образом

Обозначим:

- критический кавитационный запас.

Критический кавитационный запас – превышение полного напора воды над напором насыщенных паров жидкости входном патрубке насоса, при котором в насосе возникает кавитация.

- полной напор жидкости во входном патрубке насоса;

Р_в – статическое давление во входном патрубке насоса;

V_в – скорость во входном патрубке насоса;

Р_пж – давлениенасыщенных паров жидкости.

Или

Проанализировав последнее уравнением можно заключить, что Dh_кр – зависит только от размеров, формы проточной части насоса, подачи и частоты вращения. Подчеркнем, что Dh_кр не зависит ни от барометрического давления, ни от рода и температуры жидкости.

Если в насосе нет кавитации, то можно записать:

- кавитационный запас.

Кавитационным запасом называется превышение полного напора жидкости во входном патрубке насоса над напором насыщенным паров жидкости.

Если весь кавитационный запас преобразуется в области минимального давления в кинетическую энергию и израсходуется на преодоления гидравлических сопротивлений в подводе насоса, то давление понизится до давления насыщенных паров жидкости и в насосе возникнет кавитация.

Условия бескавитационной работы насоса:

∆h > ∆h_кр или Р_в > Р_в.кр

Критический кавитационный запас можно вычислить по формуле С.С. Руднего.

n – частота вращения;

Q –подача насоса;

C_кр – кавитационный коэффициент быстроходности.

Кавитационный коэффициент быстроходности зависит от коэффициента быстроходности насоса.

По аналогии с коэффициент быстроходности n_s кавитационный коэффициент быстроходности записывают в следующем виде:

Дата добавления: 2014-11-20