Допустимая высота всасывания насосов

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляются за счет разности давления над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо. Однако давление в этой области не является постоянным, оно определяется расположением насоса по отношению к уровню свободной поверхности, другими факторами. Для определения зависимости всех этих параметров необходимо учитывать различные схемы установки центробежного насоса (рисунок 1.4).

Высота всасывания насоса относится к числу параметров, имеющих чрезвычайно важное практическое значение при проектировании насосных станций. Следует различать вакуумметрическую игеометрическую высоту. Эти понятия взаимосвязаны.

 

а – уровень свободной поверхности жидкости в открытом резервуаре расположен ниже оси рабочего колеса; б – уровень свободной поверхности жидкости в открытом резервуаре расположен выше оси рабочего колеса; в – забор воды из закрытого резервуара;

Н _s – разность отметок оси рабочего колеса насоса и свободной поверхности жидкости в резервуаре

Рисунок 1.4 – Схемы установки насосов

 

Геометрическая высота всасывания – это высота расположения оси насоса над уровнем жидкости.

Вакуумметрическая высота всасывания – это степень разряжения на входе в насос. Она зависит от атмосферного давления, температуры, удельного веса жидкости конструктивных особенностей насоса.

По схеме (рисунок 1.4, а) геометрическая высота всасывания равна:

 

, (1.14)

 

а вакуумметрическая высота

 

. (1.15)

 

Зависимость между геометрической высотой всасывания и вакуумметрической определяется следующим образом:

 

(1.16)

 

Единственное отличие расчета по второй схеме (рисунок 1.4, б) заключается в том, что величина геометрической высоты всасывания будет иметь отрицательное значение. В этом случае зависимость между высотами имеет следующий вид:

 

. (1.17)

 

Отрицательное значение геометрической высоты всасывания обычно называют подпором. При достаточном подпоре давление на входе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы.

Принципиальное отличие схемы при откачке жидкости из замкнутого резервуара (рисунок 1.4, в) от предыдущей заключается в том, что вакуумметрическая высота всасывания в этом случае равна:

 

, (1.18)

 

где р _изб – избыточное давление, которое в зависимости от технологического назначения насосной установки, конструктивных особенностей ее исполнения и режима работы может быть положительным, отрицательным или даже знакопеременным.

Геометрическая высота всасывания определяет глубину заложения фундамента машинного здания насосной станции. Значение геометрической высоты всасывания неодинаково для насосов различных типов. Даже для одного и того же насоса оно не остается постоянным в процессе его эксплуатации. В обычных условиях максимальная геометрическая высота всасывания для центробежных насосов составляет не более 5-7 м, для некоторых насосов – до 8 м.

С увеличением подачи насоса Q во всасывающей линии растет скоростной напор и потери. Поэтому уменьшается максималь­но допустимая геометрическая высота всасывания.

Наиболее часто встречающиеся при эксплуатации насосов проблемы связаны с условиями всасывания на входе гидросистемы и почти всегда они бывают вызваны слишком низ­ким гидростатическим давлением (подпором) на входе насоса. Причина этого может корениться либо в выборе насоса с неоптималь­ными для данных условий эксплуа­тации параметрами, либо в ошибках, допущенных при проектировании ги­дросистемы.

Раз­ряжение на входе насоса зависит от разницы между уровнем положения впускного отверстия и поверхности перекачиваемой жидкости, от потерь давления на трение во всасывающем клапане и трубопроводе, а также от плотности самой жидкости.

Это разряжение ограничено давлени­ем насыщенного пара жидкости при данной температуре (таблица 1.3), т.е. давлением, при котором будут образовываться пузырьки пара. Любая попытка сни­зить гидростатическое давление до величины, меньшей чем давление насыщенного пара, приведет к тому, что жидкость отреагирует на это образованием пузырьков пара, по­скольку она начнет закипать при нормальных температурных условиях. т.е. возникнет явление кавитации.

 

Таблица 1.3 – Давление насыщенных паров воды
t, °С	p, кПа	t, °С	p, кПа
	0,61		12.3
	1,22		19,9
	2,33		30,9
	4,27	…	…
	7,33		101,3 = p атм

Примечание:

- чем выше температура воды, тем меньше высота всасывания;

- при 70 °С и более забор воды насосом практически невозможен.

 

В насосе кавитация возникает тог­да, когда давление с той стороны лопаток рабочего колеса, которая обращена в сторону всасывающей полости (обычно вблизи впускного отверстия насоса), падает ниже дав­ления насыщенного пара жидкости, вызывая образование пузырьков газа. Пузырьки разрушаются (взрываются), а возникающая при этом волна давления может вызвать повреждение насоса. Это повреждение, которое может возникнуть в течение нескольких минут или через несколько лет, на­столько серьезно, что может отри­цательно подействовать не только на насос, но и на электродвигатель. Наиболее уязвимыми деталями при этом являются подшипники, сварные швы и даже поверхности рабочего колеса.

Масштабы повреждений рабочего колеса зависят от характеристик ма­териала, из которого оно изготовле­но (таблица 1.4).

Кавитация внешне проявляется в виде шума, треска, вибрацией, понижения значений напора, подачи и КПД. Поэтому минимально допустимое давление во всасывающей полости насоса должно быть выше давления парообразования.

 

Таблица 1.4 – Потери в массе материала при повреждении рабочего колеса (чугун используется как исходное значение)

Вид материала	Потери
Нержавеюща сталь	0,05
Чугун	1,0
Бронза	0,5
Бронзовые сплавы	0,1

 

Величина удельной энергии (рисунок 1.3) потока на входе в насос в сечении II равна

, (1.19)

 

где p_вс – давление во всасывающей полости насоса;

v_вс – средняя скорость во всасывающей полости насоса;

ρ – плотность жидкости;

g – ускорение свободного падения.

Для обеспечения бескавитационной работы необходимо предусмотреть избыток давления Δ Н

, (1.20)

 

откуда

, (1.21)

 

где p_пар – давление парообразования воды.

Подставив в формулу (1.14) найдем максимально допустимую геометрическую высоту всасывания H_{S max}

 

,(1.22)

 

где φ – коэффициент запаса (φ= 1,2…1,4).

Произведение φ×Δ Н, так называемый кавитационный запас. необходимый для устранения опас­ности кавитации. Его величина зависит от атмосферного давления; потерь давления на трение во всасывающем клапане и присоединительном трубопроводе; коэффициента, учитывающего минимальное давление на всасывании; давления насыщенного пара; запаса прочности. Если запас положительный, насос может работать при данной высоте всасывания. Если он отрицательный, для работы насоса необходимо создать условия, при которых он станет положительным. На практике эта величина не превышает 3 м.

Кавитации в насосе не будет, если вакуумметрическая высота всасывания не превышает допустимого значения, определенного в результате кавитационных испытаний и указанного в заводских характеристиках.

Кавитацию можно устранить или предотвратить, учитывая следующие параметры:

– насос всегда необходимо устанавливать как можно ниже;

– поднять уровень жидкости со стороны всасывания;

– длина всасывающего трубопровода минимально возможная;

– минимальное количество колен, клапанов, вентилей и фитингов на всасывающем трубопроводе;

– следует выбирать насос с возможно наименьшим минимальным давлением на всасывании;

– снизить подачу насоса путем частичного закрытия нагнетательного (или напорного) клапана.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: