Явление кавитации и допустимая высота всасывания

Уравновешивание осевого давления

рисунок

Давление жидкости, находящейся в каналах рабочего колеса на его внутренние стороны дисков практически уравновешено и не вызывает возникновение осевого давления. Давление жидкости на наружные стороны дисков рабочего колеса различно. Вследствие вращения дисков и относительно малого зазора между ними и корпусом насоса давление жидкости на наружные стороны дисков рабочего колеса уменьшается от сечения D₂ к сечению диаметром D₁. При этом в области от D₂ до D₁ давление на диски рабочего колеса с обеих сторон одинаково. Однако, при несимметричной конструкции рабочего колеса с односторонним входом жидкости в рабочее колесо зона действия давления со стороны нагнетания на переднюю и заднюю стороны рабочего колеса не одинаково, что вызывает разницу в силе воздействующей на колесо и направленной в сторону всасывания. Величина этой осевой силы, особенно в многоступенчатых насосах, достигает значительной величины, и будет воздействовать на подшипники, если не обеспечить ее компенсации, устранения.

Для устранения или уменьшения осевой силы применяются различные способы:

- применение рабочих колес с двусторонним подводом жидкости,

- установление лопаток на заднем диске обеспечивает снижение усилия на задний диск или уменьшают осевое давление, направленное в сторону всасывания,

- отверстие в рабочем колесе и уплотнение на нем со стороны заднего диска уравнивают зону воздействия давления на передние и задние диски,

- взаимно противоположное расположение рабочих колес,

- разгрузочная пята, создающая усилие в противоположную сторону,

- применение рабочих колес с дисками различного диаметра.

При работе насоса в результате несоблюдения условий входа жидкости в насос могут возникать неполадки. При снижении давления на входе в насос ниже давления насыщенных паров, в этих областях начнется вскипание жидкости с образованием воздушных карманов, нарушаемых сплошность потока. Пузырьки паров увлекаются потоком и, попадая в область более высокого давления, конденсируются. Процесс конденсации происходит очень интенсивно. Частицы жидкости, стремясь заполнить область конденсирующегося пузырька, движутся к его центру с очень большими скоростями. При завершении процесса конденсации частицы жидкости внезапно останавливаются, в результате чего, кинетическая энергия этих частиц переходит в энергию давления, причем местное повышение давления достигает значительной величины (десятки МПа). Этот процесс сопровождается местными гидравлическими ударами, повторяющимися десятки тысяч раз в секунду. Это явление называется кавитацией, которая может возникнуть как в стационарной, так и в движущейся части насоса. Кавитация сопровождается сильным шумом, треском, вибрацией насоса, вызывает разрушение металла, понижает напор, производительность и КПД насоса.

Кроме механического разрушения металла, кавитация вызывает его коррозию. Особенно быстро разрушается чугун. Поэтому в работе насоса нельзя допускать кавитацию, а высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации не возможно. При эксплуатации кавитация может возникнуть при понижении уровня жидкости во всасывающем резервуаре ниже расчетного, повышении температуры перекачиваемой жидкости, неправильной установки и неправильном монтаже.

Высота всасывания определяется расстоянием отсчитываемым по вертикали от оси колеса насоса до свободного уровня в резервуаре из которого жидкость откачивается насосом. Если уровень жидкости находится ниже оси насоса, то высота всасывания положительна, а если выше оси насоса (подпор), то отрицательна. Высота всасывания Ц.Н. зависит от ряда факторов:

-барометрического давления (с уменьшением этого давления всасывающая способность этого насоса снижается);

-упругости паров перекачиваемой жидкости, зависящей от ее температуры;

-вязкости перекачиваемой жидкости и сопротивления всасывающего трубопровода;

-кавитационного запаса, необходимого для нормальной работы насоса.

С целью уменьшения потерь во всасывающем трубопроводе по возможности уменьшают его длину, делают его более прямым, устанавливают минимальное количество арматуры, избегают воздушных мешков, снижают скорость движения жидкости. Для практических целей высоту всасывания можно определить по опытной формуле С.С. Руднего:

Нs = Ha – 10[(nQ ¹/²/ Скр)]⁴ /³

Где: Нs – допустимая высота всасывания, отнесенная к горизонтальной оси рабочего колеса в м.ст.жидкости;

Ha – давление на свободную поверхность сверх упругости паров, м ст.жидкости;

. n - частота вращения вала насоса, об/мин

Q – подача насоса, м³/сек; (для насоса с двухсторонним входом жидкости в рабочее колесо берется половина подачи)

Скр – кавитационный коэффициент, зависящий от быстроходности насоса n_s

При перекачке горячих нефтепродуктов жидкость находится под давлением собственных паров (Ha =0). Следовательно:

Нs = -10[(nQ ¹/²/ Скр)]⁴ /³,

т.е. для работы насоса необходимо создать подпор.

Обычно, допустимая высота всасывания указывается для нормального атмосферного давления 10 метров водяного столба (м.в.ст.) при температуре 20⁰С.

Величина атмосферного давления зависит от высоты расположения местности над уровнем моря – чем больше эта высота, тем меньше атмосферное давление:

Высота над -600 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 2000

уровнем моря

атм.давл. 11,3 10,3 10,2 10,1 10 9,8 9,7 9,6 9,5 9,4 9,3 9,2 8.4

Высота всасывания зависит также и от температуры жидкости. Чем выше температура, тем меньше высота всасывания.

Допустимая геометрическая высота всасывания при перекачивании жидкости с более высокой температурой может быть определена по формуле:

Нгв^доп ≤ Нв^доп – h вс - (V²/ 2g)

Где: h вс – потери напора во всасывающей линии

h вс = 1, lвс + hзап вс, где i - гидравлический уклон

Нв^доп = Нв^П– 10 + НА + 0,24- ht

Нв^П =(10 - ∆hдоп) - вакуумметрическая высота всасывания по паспорту, м

∆hдоп – допускаемый кавитационный запас по паспорту (рабочие характеристики), м

НА - атмосферное давление при температуре 20⁰С (10м)

.ht - снижение высоты всасывания в зависимости от температуры перекачиваемой жидкости, м

t⁰с: 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ht м.в.ст 0,06 0,12 0,24 0,43 0,75 1,25 2,02 3,17 4,82 7,14 10,33

Допускаемый кавитационный запас ∆hдоп доп вычисляют по критическому кавитационному запасу ∆hкр К, м

Где: К – коэффициент запаса, устанавливаемый Т.У. на насос, в зависимости от типа и условий работы насоса: К= 1,1 -!.5

∆hдоп может определяться опытным путем, для чего проводятся специальные кавитационные испытания с построением кавитационных характеристик.

С.С. Рудневым на основании обобщения опытных данных выведена формула для определения ∆hкр:

∆hкр = 10[(nQ ¹/²/C)]^4/3

где: C – постоянная, зависящая от конструкции насоса и называется кавитационным коэффициентом быстроходности.

Для насосов с двухсторонним входом жидкости в формуле принимается Q/2

.ns 50-70 70-80 80-150 150-250

C 600-750 800 800-1000 1000-1200

Дата добавления: 2014-01-06