Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Гидравлика

КАВИТАЦИЯ НАСОСОВ. ДОПУСТИМАЯ ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ

Кавитация.

При работе насоса частицы жидкости движутся под действием центробежной силы в направлении от входа в рабочее колесо к его периферии, вследствие чего у входа в рабочее колесо создается зона пониженного давления. Таким образом, во всасывающей линии, соединяющей входную полость насоса с водоисточником, возникает разность давлений, под действием которой вода из водоисточника поступает к насосу. Величина разности давлений определяется геодезической высотой всасывания Н (см. рис. 2.3) и гидравлическими потерями во всасывающей линии h . При этом под геодезической высотой всасывания понимают разность отметок оси рабочего колеса и свободного уровня жидкости в водоисточнике.

При постоянстве давления на поверхности в водоисточнике для подачи воды к насосу вакуум перед рабочим колесом должен быть тем больше, чем больше геодезическая высота всасывания и величина гидравлических потерь. Однако увеличение вакуума не должно превышать определенной величины, что ограничивает допустимую высоту всасывания.

Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы минимальное абсолютное давление ртЫ, возникающее в потоке в области входа в колесо, было больше давления р насыщенного пара перекачиваемой жидкости.

В противном случае жидкость в местах возникновения минимума давления вскипит и работа насоса нарушится. При вскипании жидкости в местах с минимумом давления образуются полости, заполненные паром и частично выделившимися из раствора газами. Возникшие пузырьки пара уносятся в область с повышенным давлением, где происходит конденсация паров в жидкости. Вследствие инерционности теплообмена процессы вскипания и конденсации, связанные соответственно с затратой и выделением тепла, происходят с некоторым запаздыванием. Поэтому конденсация паров жидкости проходит в условиях относительного переохлаждения, в связи с чем этот процесс совершается с большой скоростью. Частицы жидкости при конденсации паров движутся к центру пузырька со значительными скоростями. В момент завершения конденсации частицы жидкости внезапно останавливаются и происходит местный гидравлический удар.

При этом вследствие малой величины деформации жидкости повышение давления достигает больших значений. Как показали замеры посредством пьезокристаллов, давления в области смыкающихся каверн достигают несколько сот атмосфер.

Кроме огромного давления, которое развивается при сжатии пузырька, в нем значительно повышается температура. В опытах, в которых эта температура замерялась по вспышкам несмачиваемых взрывчатых порошков, температура оказалась равной +230 °С.

При сжатии пузырька наблюдаются также электрические явления.

Рассмотренный комплекс физико-механических процессов определяет в общем виде картину явления, связанную с вскипанием жидкости в проточной части гидромашин и образованием каверн или полостей, что и определило название данного явления — кавитация (cavitatis — полость).

Однако перечисленные процессы, сопровождающие явление кавитации, нельзя считать исчерпывающими. В кавитационном процессе разрушения материала, безусловно, участвуют также химические процессы, активно протекающие на поверхности металлических тел в зоне кавитации.

Возникновение кавитации в гидромашинах сопровождается прежде всего резким падением КПД, что объясняется нарушением сплошности потока и неравномерностью действий его на лопасти. Наряду с падением КПД снижаются напор и производительность насоса. При дальнейшем развитии кавитации наступает интенсивное разрушение деталей насоса. В связи с этим длительная работа насоса в кавитационном режиме недопустима.

В целях предотвращения возникновения кавитации удельная энергия потока при входе в насос должна быть достаточной для создания необходимой скорости потока при входе на лопатки колеса и преодоления сопротивлений, при этом давление не должно падать до величины, ведущей к вскипанию жидкости.

Для установления зависимости, определяющей величину необходимой избыточной энергии перед входом в насос, рассмотрим поток в области всасывания. Составим уравнение Бернулли для свободной поверхности водоисточника (сечение 0—0) (рис. 2.5, а) и сечения b—b на входе во всасывающий патрубок насоса:

где р0 — давление на поверхности водоисточника; ph давление в сечении b—b на оси насоса; Н — геодезическое превышение оси насоса над поверхностью в водоисточнике; иЛ — скорость жидкости во входном патрубке; hws — гидравлические потери во всасывающей линии от поверхности водоисточника до входа в насос.

Схема движения частиц жидкости

Рис. 2.5. Схема движения частиц жидкости: а — во всасывающей линии; б — при входе потока на лопасть рабочего колеса

Величина

называется приведенной высотой всасывания. Полный напор жидкости во входном патрубке определится следующим образом:

Превышение этого напора над давлением парообразования жидкости (давлением насыщенного пара) и должно обеспечить предупреждение возникновения кавитации.

Это превышение ДА называется кавитационным запасом и определяется зависимостью

где рн — давление насыщенного пара жидкости.

С другой стороны,

Очевидно, кавитационный запас расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений при движении потока от входного сечения в насос (Ь—Ь) до точки N на лопасти рабочего колеса, где давление минимально, и на увеличение скорости потока при входе на лопасть, которое происходит вследствие стеснения потока лопастями. Если кавитационный запас будет равен сумме гидравлических потерь и напора, идущего на увеличение скорости, то в точке Nдавление упадет до давления парообразования и наступит кавитация. Такой кавитационный запас называется критическим.

Область минимального давления, в котором возникает кавитация, расположена на тыльной стороне лопатки, вблизи входной кромки (точка N) (см. рис. 2.5, б).

Для определения значения кавитационного запаса необходимо связать параметры, характеризующие движение в точке Nw входном сечении насоса. Картина движения потока между этими сечениями исключительно сложна.

В области всасывающего канала абсолютное движение уставившееся, но для системы координат, связанной с вращающимся лопастным колесом, это движение в общем случае будет неустановивш имея. Вобла- сти лопастного колеса, наоборот, относительное движение установившееся, а абсолютное — неустановившееся. Выбираем сечение 1 — 1 у входа в лопастное колесо (см. рис. 2.5, а), где обеспечивается условие асимметричности потока. Поэтому для этого сечения поток будет установившимся как в абсолютной, так и относительной системах отсчета. Воспользуемся этим сечением для перехода из области всасывающей линии с установившимся абсолютным движением в область лопастного колеса с установившимся относительным движением.

Рассмотрим прежде струйку между сечением 1—1 перед входом на лопасти и точкой N после входа на лопасть, где давление минимальное. Для этих сечений относительные движения установившиеся.

Если предположить равенство окружных скоростей и = uN вследствие близости рассматриваемых точек и равенство их высотных положений, то для сечений струйки перед входом на лопасть и после входа справедливо уравнение для относительного движения

где р{ и vv( — давление и относительная скорость в рабочем колесе перед входом на лопасть; hw {_N потери напора при входе на лопасть рабочего колеса.

А теперь составим уравнение Бернулли для сечения (b—b) на входе в насос и сечения 1 — 1, для которых установившиеся абсолютные движения

где hw [ потери напора во входном патрубке.

Пренебрегая потерями напора hw[ и hwl_N (2.34), получаем выражение для р . :

г min

w2

Выражение —у -1 = А называют числом кавитации. С учетом этого

WL

Согласно данным исследований для расчетных режимов работы насосов А = 0,3...0,4.

Из уравнений (2.35) и (2.37) имеем

В случае кавитационного режима, когда pmin = /?мп,т.е. /упадает до критического значениярЬк, с учетом (2.31) получим

где — критический кавитационный запас.

Из выражения (2.38) следует, что минимальное давление определяется напором при входе в насос и абсолютной, и относительной скоростями на входе на лопасти рабочего колеса. Чем больше эти скорости, тем ниже падает давление на лопасти.

При расчетах принимают значения о ^ и w] в средней части входной кромки лопасти, так как эти величины, а следовательно, и минимальное давление зависят от положения струйки на входе потока на колесо.

Из уравнения (2.39) следует, что критический кавитационный запас зависит только от скорости движения жидкости на входе на лопатки рабочего колеса, т.е. от конструкции насоса и режима его работы. Для значений критического числа кавитации X в специальной литературе даются эмпирические формулы и опытные таблицы.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы