Лекция № 3 геометрическая высота всасывания

Тема: Высота всасывания насоса. Кавитация и борьба с ней

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляются за счет разности давлений: Р_А - давления на поверхности воды в приемном резервуаре и Р_вх - давления у входа в колесо насоса.

Уровень воды в источнике по отношению к оси насоса и давление на поверхности воды могут быть различными

1 случай

Забор воды из открытого резервуара. Уровень воды в резервуаре ниже отметки оси насоса (см. рис.а).

Составим уравнение баланса энергии (уравнение Бернулли) для двух сечений 0-0 и 1-1:

= Н _гвс + + + h_вс,

Н _гвс= - - - h_вс - геометрическая высота всасывания

Н _вак= - - вакуумметрическая высота всасывания

J₁ - скорость воды на входе в рабочее колесо;

Р₁ – давлении, создаваемое насосом у входа в рабочее колесо.

Зависимость между вакуумметрической высотой всасывания Н _вак и геометрической высотой всасывания Н _гвс определяется из уравнения:

Н _гвс= Н _вак - - h_вс или

Н _вак= Н _гвс + + h_вс «А»

2 случай

Уровень свободной поверхности воды в резервуаре выше отметки оси насоса (см. рис. б).

В этом случае Н _гвс - геометрическая высота всасывания будет иметь отрицательную величину, и уравнения «А» примут вид:

Н _гвс= + h_вс - Н _вак или

Н _вак = + h_вс - Н _{г. вс}

Отрицательное значение (-Н_гвс) на входе в насос называется подпором. При достаточном подпоре давление на ходе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы.

3 случай

Откачка жидкости из замкнутого резервуара (см. рис. в). В этом случае:

Н _вак= - ₊ ,

где _- некоторое избыточное давление, которое может быть положительным или знакопеременным.

Для того чтобы не происходило отрыва жидкости от лопасти рабочего колеса, необходимо, чтобы давление перед насосом на входе в рабочее колесо было бы больше паров жидкости ( ≥ ).

Давление паров жидкости зависит от t^о жидкости ( =¦(t^о)

при t^о = 20^о = 0,24 м

при t^о = 100^о = 10,33 м

при t^о = 0^о = 0,06 м

Равновесное состояние, когда = .

Из уравнения «А» следует, что

Н _гвс= - - - h_вс, т.е.

в этом состоянии наблюдается нормальное движение потока жидкости в рабочем колесе, без отрыва от его лопастей

При < - возникает кавитация.

Кавитация - это явление нарушения сплошности потока жидкости, которое происходит в тех участках, где давление понижается, достигает некоторого критического значения. Чем меньше давление, тем быстрее возникает парообразование жидкости.

Причины кавитации:

а) понижение давление в области рабочего колеса;

б) повышение температуры воды;

в) большая высота всасывания;

г) повышенное сопротивление во всасывающей линии.

Поток воды при входе в рабочее колесо должен изменять свое направление. Поскольку в рабочем колесе жидкость движется с большой скоростью, происходит отжим потока от переднего диска рабочего колеса и прижатие потока к заднему диску. В области «А» давление понижается, а в области «Б» - повышается. Чем больше разность давлений в областях «А» и «Б», тем больше нарушается равномерность движения жидкости.

В области пониженного давления происходит выделение паров жидкости и растворенных в воде газов. В области повышенного давления – обратная картина – конденсация паров и растворенных газов.

Из области пониженного давления воздушные и паровые пузырьки относятся потоком воды в область повышенного давления, где они лопаются и растворяются в воде. При этом возникают точечные гидравлические удары. Чем больше пузырьков, тем больше ударов и их сила. Действуя постоянно на поверхность металла эти удары, разрушают лопасти колеса. Идет процесс коррозии и механического разрушения металла. Неоднородность поверхности металла и наличие жидкости как слабого электролита приводит к появлению местных электрических токов. Места выхода тока в электролит также разрушаются.

В настоящее время кавитация называется процесс появления пустот в потоке жидкости, а весь комплекс – называется кавитационным процессом.

Разрушение же рабочего колеса насоса в результате кавитационного процесса называется кавитацией рабочего колеса. Профессор Н.М. Щапов предложил заменить иностранный термин «кавитация» новым термином, являющимся переводом иностранного слова «опустошение». Однако этот термин не получил распространение.

Задача ставится так, чтобы не допустить работу ц.н. в режиме кавитации.

С этой целью геометрическую высоту всасывания Н _гвс принимают с учетом запаса, а предупреждение кавитации (кавитационный запас)

Н = - - - h_вс - _D h_зап,

_D h_зап = j·_D h_{мин ,} j= 1,1¸1,5 в зависимости от условий работы

Допустимая высота всасывания

Обычно допустимая высота всасывания Н указывается заводом для насосов установленных при атмосферном давлении 10 м.в.с.

Высота над уровнем моря	-600
Атмосферное давление, м в.с	11,3	10,3	10,1		9,6	9,2	8,4

Н = Н ^кат - 10 + ,

при учете t^о температуры перекачиваемой среды:

Н = Н ^кат - 10 + +0,24 - _D h_t,

Н ^кат - принимается по каталогу

С.С. Рудневым получена формула для определения кавитационного запаса

_D h_мин = 10 ( ^4/3,

где С – постоянная, зависящая от конструктивных особенностей насоса и называется кавитационным коэффициентом быстроходности (от 800 -1200);

n – число оборотов в минуту.

Для насосов двухстороннего входа Q принимается как для двух насосов, поэтому в формуле Q= .