Рабочий процесс в центробежном насосе

При вращении рабочего колеса центробежного насоса жид­кость, находящаяся между лопатками, благодаря развиваемой центробежной силе выбрасывается через спиральную камеру в напорный трубопровод. Уходящая жидкость освобождает зани­маемое ею пространство в каналах на внутренней окружности рабочего колеса, поэтому у входа в рабочее колесо образуется вакуум, а на периферии — избыточное давление. Под действием разности атмосферного давления в приемном резервуаре и пони­женного давления на входе в рабочее колесо жидкость по всасы­вающему водопроводу поступает в межлопаточные каналы рабо­чего колеса.

Центробежный насос может работать только в том случае, когда его внутренняя полость заполнена перекачиваемой жид­костью не ниже оси насоса, поэтому насосную установку обору­дуют устройством для залива насоса.

Допустимая высота всасывания и кавитация. При работе насо­са разность давлений в приемном резервуаре и в корпусе насоса должна быть достаточной, чтобы преодолеть давление столба жидкости и гидравлические сопротивления во всасывающем тру­бопроводе, поэтому расчет и проектирование всасывающей линии представляют собой одну из самых ответственных задач при проектировании насосной установки.

Вертикальное расстояние от уровня жидкости в приемном резервуаре до центра рабочего колеса насоса называют геометри­ческой высотой всасывания hвс. Для нахождения допустимой гео­метрической высоты всасывания запишем уравнение Бернулли. Для сечений О—О и 1—1 (рис. а):

где S hs — сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе.

Учитывая, что z₁- z₀⁼ hвс, а также то, что Vo = 0 (приемный резервуар достаточно больших размеров), получим

Если давление P₁ опустится до давления насыщения паров перекачиваемой жидкости Ps при данной температуре, то насту­пит кавитация.

Кавитация в переводе на русский язык означает пустотообразование. Явление кавитации представляет собой процесс нару­шения сплошности течения жидкости, который происходит там, где давление, понижаясь, достигает давления насыщенных паров жидкости. Этот процесс сопровождается образованием большого числа пузырьков, наполненных парами жидкости и газами, выде­лившимися из нее. Находясь в области пониженного давления, пузырьки объединяются, превращаясь в большие пузыри — ка­верны. Потоком жидкости каверны сносятся в область повышен­ного давления, где разрушаются вследствие конденсации запол­няющего их пара. В центре каждой каверны происходит соударе­ние частиц жидкости, что вызывает гидравлические удары. Опытами установлено, что, когда пузыри лопаются, повышаются местное давление и местная температура.

При этом местное давление достигает значений, больших 100 МПа, что сопровождается образованием положительно и от­рицательно заряженных частиц — ионов.

Это явление приводит к разрушению рабочих органов насоса. Поэтому кавитация в насосах недопустима. Особенно быстро разрушаются алюминий и механически обработанный чугун, а наиболее стойкой оказывается обладающая большой вязкостью нержавеющая сталь. При шлифовке и полировке стойкость ме­таллов против кавитационного разрушения повышается. Приме­нение стойких в отношении кавитационного разрушения мате­риалов позволяет непродолжительное время работать в условиях местной кавитации.

Первым и главным условием устранения кавитации является правильное назначение допустимой высоты всасывания.

Практически давление на входе в насос выбирают несколько больше, чем давление насыщения паров, т. е.

где DR_зап — запас давления, гарантирующий от наступления кавитации.

Следовательно,

кавитационный запас напора,

Из формулы видно, что для увеличения геометрической высоты всасывания необходимо уменьшать потери во всасываю­щем трубопроводе, скорость при входе в насос и давление насы­щения паров. В связи с этим всасывающую линию насоса делают возможно короче, большого диаметра, с минимумом перегибов и местных сопротивлений. Снизить значение Рs в большинстве случаев невозможно, так как оно определяется только температу­рой перекачиваемой жидкости. Однако если представляется такая возможность, то эту температуру необходимо уменьшить.

Максимальная геометрическая высота всасывания насосов не может быть более Рат/pg, что для воды составляет 10 м. Высота всасывания центробежных насосов обычно не превышает б...7 м. Если по расчету получается hвс < 0, то насос необходимо ставить ниже уровня жидкости в приемном резервуаре (затопленный насос). Так как

где Нвак — вакуумметрическая высота всасывания,

то можно записать

Следовательно, вакуумметрическая высота всасывания скла­дывается из геометрической высоты всасывания hвс, потерь на­пора S hs во всасывающем трубопроводе и скоростного напора при входе в насос v²₁/2g.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания всегда меньше высоты на кавитационный запас, т. е.

В каталогах и паспортах насосов приводят допустимую вакуумметрическую высоту или допустимый кавитационный запас.

находим геометрическую высоту всасывания насоса:

Дата добавления: 2014-01-03