Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Понятие о кавитации, допустимая высота всасывания насоса

Лекция 6 «Понятие о кавитации. Помпаж, неустойчивость работы нагнетателей»

 

Понятие о кавитации, допустимая высота всасывания насоса

В процессе эксплуатации центробежного насоса могут возникнуть режимы работы, когда давление жидкости на всасе Рвс становится меньшим или равным давлению насыщенного пара Рпп при данной температуре жидкости. Это приводит к закипанию и образованию пузырьков пара на всасе рабочего колеса. Рвс = Рпп. Пузырьки увлекаются потоком к выходу колеса. По мере движения по межлопастным каналам давление жидкости возрастает и пузырьки пара начинают конденсироваться. При конденсации объём пузырька пара уменьшается, а давление внутри него остаётся неизменным. Под действием растущей разности давлений снаружи и внутри пузырька частицы жидкости окружающие пузырёк устремляются к его центру. В момент полной конденсации пара происходит мгновенное местное повышение давления – происходит точечный гидравлический удар. Совокупность описанных явлений называется кавитацией.

Кавитация вызывает возмущения в потоке жидкости, а как следствие уменьшение гидравлического КПД ηг. Напор также снижается.

Если пузырьки пара в момент конденсации находятся на поверхности рабочей лопасти, то удар приходится на неё, и происходит местное разрушение металла. Срок службы значительно снижается.

Характерными признаками кавитации являются: шум, треск и вибрация.

При проектировании и эксплуатации насосных установок необходимо принимать меры по предотвращению кавитации. В самом общем виде условие безкавитационной работы насосных установок можно записать в виде Рвснп. (1)

Пусть насос перекачивает жидкость из ёмкости А в В

величина давления на всасе будет:

, (2)

где Ра – давление в ёмкости А;

Нг – расстояние между отметками оси насоса и уровнем жидкости в ёмкости А;

Будем называть Нг – геометрической высотой установки насоса.

Δ Рпот – гидравлические потери давления во всасывающем трубопроводе;

с – скорость на входе в насос.

Анализ выражения (2) показывает, что заданном давлении Ра, давление на всасе зависит главным образом от высоты установки насоса Нг. Выбор величины Нг должно обеспечить выполнение условия (1).

Введём дополнительное обозначение - полное давление на всасе насоса, - кавитационный запас, который гарантирует устойчивый режим работы.

(3)

Кавитационный запас также выражают в единицах напора и обозначают (4).

Вычислим величину Нг при которой выполняется условие (3), обеспечивающее отсутствие кавитации. Выразим статическое давление на всасе Рвс из (3).

(5)

Приравняем (2) И (5), откуда , . Величину принимают равной , где - критический кавитационный запас.

, где

n – число оборотов вала насоса, об/мин

Q – производительность насоса м3

с – экспериментальный коэффициент.

для обычных насосов с=800 – 1000

для специальных насосов с=1000 – 3000

Высоту Нг обеспечивающую отсутствие кавитации будем называть допустимой высотой всасывания , тогда запишем (6) в следующем виде:

,

где - гидравлические потери напора.

При перекачке горячей жидкости, особенно если Ранп (кипящая вода) может получиться так, что , это означает, что бак с жидкостью нужно разместить выше отметки оси насоса на величину по модулю не меньшую чем . В этом случае говорят, что насос установлен под залив и имеет подпор Нподп.

Деаэраторы всегда устанавливают выше питательных насосов.

 

2. Неустойчивость работы. Помпаж

В системах, состоящих из центробежных или осевых машин, трубопроводов и емкостей, могут возникать изменения режимов, обусловленные различными причинами: регулярными или периодическими срывами вихрей с кромок лопастей, резким изменением расхода потребителями и т. п. Такие причины выводят систему из «равновесного» со­стояния. Если при снятии этих возбуждающих причин система прихо­дит в исходное состояние, то она устойчива.

Однако при определенном сочетании форм характеристик машины исети снятие возбуждений не приводит к устойчивости, и в системе остается самопроизвольные, без видимых внешних причин, колебания подачи, напора и мощности машины; это - автоколебания, или помпаж.

Автоколебания проявляются в разных системах с различной интен­сивностью: от едва заметных изменений подачи, давления и мощности до значительных резких их изменений, опасных для машин и трубопроводов.

Возникновение помпажа в современных сложных высокоскоростных системах представляет большую опасность; известны случаи разрушения машин и трубопроводов вследствие интенсивных автоколебаний.

Теория автоколебания и эксперимент в этой области — сложны приведем лишь необходимые основные положения.

 
 

Рассмотрим систему, состоящую из вентилятора 2, вса­сывающего 1 и нагнетательного 3 трубопроводов. Нагнетательный тру­бопровод связан с воздушным объемом 4, на выходе из которого на­ходится переменное сопротивление в виде дросселя 5.

Рабочие свойства вентилятора представляются характеристикой Рк=f(Qк) связывающей полное давление Ркв напорном трубопроводе непосредственно за вентилятором с объемным расходом воздуха Ок в том же сечении (кривая 1 на графике).

Характеристику 2 дросселя представим зависимостью Рб=f(QR), где Рб - избыточное давление перед дросселем; QR - объемный расход через дроссель. При последовательном прикрытии дросселя его сопро­тивление возрастет и характеристики 3 - 6 расположатся выше. Рассмотрим характеристику 2. Равновесный, не изменяющийся по времени режим работы вентилятора определяется точкой О пересечения харак­теристик вентилятора и сети. Этот режим статически устойчив (аналогично нижнему положению маятника). Действительно, увеличим подачу на ΔQ, при этом давление, развиваемое вентилятором, уменьшается, а сопротивление дросселя возрастает. Это вызовет торможение потока, уменьшение подачи и возвращение режима в точку О. Аналогично точкам пересечения А1 А3 В2, С1 D характеристик соответствуют статически устойчивые режимы. В этих точках тангенс k угла наклона касательной к характеристике дросселя больше тангенса F' угла наклона касательной к характеристике вентилятора, что является признаком статической устойчивости системы. В точке А2 режим статически неустойчив (аналогично верхнему положению маятника). Здесь k<F'. Однако статически устойчивый режим может оказаться динамически неустойчивым, колебательным подобно раскачке системы с отрицательным трением.

Точка характеристики р=f(Q) машины при n=const, соответствую­щая началу автоколебаний в случае уменьшения подачи дросселем, на­зывается границей помпажа. В характеристиках при переменной частоте вращения точки границ помпажа наносятся на каждой дроссельной кри­вое; линия, проведенная через эти точки, является границей помпажа машины при п=var (см. график ниже). Границы помпажа определяются испытанием лопастных машин. При эксплуатации машин значительной мощности выход за границы помпажа, независимо от применяемого спо­соба регулирования подачи, недопустим.

Пусть нормальный режим установки определяется точкой при частоте вращения n: n3<n<n4

Если требуется поддерживать подачу M=const, то рабочие точки режимов должны располагаться на линии АВ, параллельной оси ординат.

Повышение или понижение степени сжатия при M=const обусловливается потребителем и может быть достигнуто только изменением частоты вращения вала компрессора. При этом следует иметь в виду, что точка В определяет предельное значение степени сжатия εмакс Выход за точку В, лежащую на границе помпажа, недопустим. Поэтому лопастные компрессоры, регулируемые изменением частоты вращения на постоянную подачу, должны снабжаться предохранительными клапанами, отрегули

 
 

рованными на конечное давление Рк1· εмакс. Это дает гарантию избегания помпажных режимов.

Если к компрессору предъявляется требование поддержания постоянной степени повышения давления ε =const при переменной подаче, то возможные режимные точки должны располагаться на линии СF.

Точка С определяет предельное минимальное значение подачи по условиям помпажа. В этом случае компрессор должен быть снабжён автоматическим антипомпажным устройством.

Задача предупреждения помпажа имеет большое практическое значение и может решаться:

1) созданием конструкций лопастных машин с границей помпажа, по возможности сдвинутой в область малых подач и имеющих напор­ную характеристику без восходящего участка (без «седловины») или имеющих восходящий участок характеристика с наименьшим наклоном. Это достигается разработкой рациональных форм проточной полости и профилей рабочих лопастей машины. Существенное значение имеет количество рабочих и направляющих лопастей;

2) применением специальных протнвопомпажных устройств, не позволяющих машине переходить границу помпажа. В этом случае уста­навливается антипомпажный клапан, настроенный так. что при уменьшении расхода потребителей до значения, соответствующего границе помпажа, он начинает перепуск газа на всас машины или выпуск его в атмосферу. При этом подача машины будет соответствовать границе помпажа, предупреждая его появление. Импульс для приведения в действие антипомпажного клапана берется от трубок полного напора или диафрагм, располагаемых в напорном трубопроводе машины.

Принципиально возможно также создание антипомпажного регулятора, управляющего движением выходного дроссели или направляющего аппарата.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...