КАВИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Вводная часть

Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, наполненных паром и газом. Кавитация возникает, когда абсолютное давление в потоке падает до давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. При этом из жидкости интенсивно выделяются пузырьки, заполненные парами жидкости и растворенными в ней газами (жидкость закипает). Обычно выделение газа из жидкости незначительно и не оказывает существенного влияния на технические параметры работы насосов, поэтому кавитацию называют паровой. В дальнейшем под термином кавитация будем подразумевать паровую кавитацию.

Выделяющиеся из жидкости в местах пониженного давления пузырьки, заполненные паром, уносятся потоком и, попадая в область с повышенным давлением, конденсируются. При этом частицы жидкости, окружающие пузырьки пара, с весьма большими скоростями устремляются в пространство, занимаемое ранее паром. Происходит столкновение частиц жидкости, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления, достигающим десятков, и даже сотен мегапаскалей. Если конденсация происходит у стенок каналов насоса, то материал стенок быстро разрушается. Причем, в первую очередь разрушаются те места, в которых имеются микроскопические трещины на поверхности стенок.

Например, из чугуна, прежде всего, выбиваются графитовые включения, а затем жидкость, действуя как клин, еще более интенсивно разрушает материал стенок, образуя на их поверхности значительные раковины. Кроме того, материал стенок подвергается разрушению от химического воздействия воздуха, богатого кислородом, и различных газов, выделяющихся из жидкости. Описанный процесс разрушения стенок каналов называется эрозией и является опасным следствием кавитации. Разрушения рабочих колес вследствие кавитации представлены на рис. 12.

Внешним проявлением кавитации является наличие шума, вибрации, падение напора, подачи, мощности и КПД. Очевидно, что работа насоса в кавитационном режиме недопустима.

Возникновение и характер кавитационных явлений определяются кавитационным запасом D h ‒ превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией её насыщенных паров:

, (36)

где р и v_вс‒ абсолютное давление и скорость на входе в насос; р _н.п. ‒ давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жидкости и её температуры. Для воды и бензина р_н.п. приведены в табл. 8.

Рис. 12. Разрушение рабочих колес вследствие кавитации

Таблица 8

Давление насыщенных паров жидкости на входе в насос р_н.п., кПа

t, ^оC

100

Вода

0,32

1,21

1,69

2,34

3,17

4,24

7,37

20,2

48,2

103,3

Бензин Б-70

‒

16,3

‒

33,2

55,8

103,3

‒

Начальная стадия кавитации определяется критическим кавитационным запасом D h_кр ‒ кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2% на частной кавитационной характеристике (Н= f(D h)), или на 1 м при напоре насоса более 50 м.

Величину критического кавитационного запаса D h_кр, м, можно определить при кавитационных испытаниях насоса по частной кавитационной характеристике, или по формуле С.С. Руднева:

, (37)

где n ‒ частота вращения, об/мин; Q ‒ подача насоса, м³/с; С ‒ кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса и равна: 600‒800 ‒ для тихоходных насосов; 800‒1000 ‒ для нормальных, насосов; 1000‒1200 ‒ для быстроходных насосов.

Работа насоса без изменения основных технических показателей, т. е. без кавитации, определяется допускаемым кавитационным запасом D h_доп, вычисляемым по формуле:

, (38)

где А ‒ коэффициент кавитационного запаса (A = 1,05‒1,3 = f (D h_кр)) (табл. 9).

Таблица 9

Коэффициент кавитационного запаса

D h_кр, м	0‒2.5	3		4	6		7	8		10	12		³14
А	1,3		1,25	1,2		1,13	1,1		1,09	1,08	1,07	1,06

Графическая зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи в рабочем интервале подач D h_доп= f (Q) называется кавитационной характеристикой насоса (рис. 13). Её получают при кавитационных испытаниях насоса по частным кавитационным характеристикам.

Частная кавитационная характеристика ‒ это зависимость напора насоса от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения, подаче и температуре жидкости, H = f (D h) (рис. 14).

При испытаниях насоса кавитационный запас определяется по формуле:

, (39)

где p_а≈ 10⁵ Па‒ атмосферное давление; p_в ‒ показания вакуумметра, Па.

Полученные опытным путем значения D h_on приводятся к номинальной частоте вращения n_н по формуле:

, (40)

затем строится частная кавитационная характеристика насоса (рис. 14).

Рис. 13. Кавитационная Рис 14. Частные кавитацион-

характеристика насоса ные характеристики насоса

По каждой частной кавитационной характеристике находятся D h_кр и Q, а затем D h_доп (по формуле 38). По значениям D h_доп и Q строится кавитационная характеристика D h_доп= f (Q) (рис. 13).

Контроль работы насоса при его эксплуатации производится по показаниям вакуумметра, установленного на входе в насос. Связь кавитационного запаса с вакуумом можно найти из выражения

, (41)

и далее, произведя подстановку в (41) значение абсолютного давления p из формулы (36):

, (42)

. (43)

По аналогии с (43) можно записать выражения для критического и допускаемого вакуума. Критический вакуум:

. (44)

Допускаемый вакуум:

. (45)

Употребляется также понятие вакууметрической высоты всасывания Н_в, которая связана с вакуумом зависимостью:

, (46)

или:

. (47)

Вакуум на входе в насос зависит от расположения насоса по отношению к свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре геометрической высоты всасывания H_вс, режима работы насосов и других факторов.

Такая зависимость находится с помощью уравнения Бернулли:

, (48)

где h_вс ‒ потери напора во всасывающем трубопроводе.

Максимальная (критическая) высота всасывания, т. е. высота, при которой начинается кавитация, вычисляется по формуле:

, (49)

или:

. (50)

Допускаемая высота всасывания H_вс, т. е. высота, при которой обеспечивается бескавитационная работа насоса, равна:

, (51)

или:

. (52)

Описание установки

Установка с замкнутой схемой циркуляции жидкости (рис. 15) включает в себя: электродвигатели, испытываемый центробежный насос, бак, всасывающий и нагнетательный трубопроводы, вентиль изменения расхода, вакуумный насос, контрольно-измерительную аппаратуру: манометр и вакууметры, диафрагму с подключенным к ней дифференциальным манометром и тахометр), пульты включения электропитания центробежного и вакуумного насосов.

Рис. 15. Схема установки для кавитационных испытаний насоса

Цель работы: 1. Убедиться на практике в существовании явления кавитации в центробежном насосе и уяснить причины ее возникновения.

2. Освоить методику кавитационных испытаний центробежного насоса.

3. Получить в результате испытаний кавитационную характеристику насоса.

Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 360; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8910 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!