Высота всасывания центробежного насоса. Кавитация
Явление, связанное с образованием в капельной жидкости пустот - пузырьков, наполненных паром или воздухом, называется кавитацией. Кавитационные явления возникают не в целом сечении потока, а в зонах с особо низким давлением - на поверхностях лопаток с малыми радиусами кривизны, обтекаемых потоком. Эти явления представляют собой сложный комплексный гидромеханический и термодинамический процесс, сопровождающийся электролитическими и химическими реакциями. В прочесе кавитации окружающая жидкость устремляется к центру конденсации пузырьков и происходит резкий точечный удар.
Результатом кавитации может стать разрушение насоса, в первую очередь концов лопастей колеса под действием мощных местных гидроударов. Одновременно материал подвергается интенсивной коррозии, т.к. в растворенном в воде воздухе содержится повышенное количество кислорода. Особенно подвержены кавитационному разрушению насосные лопаточные колеса.
Основная мера предотвращения кавитации состоит в выборе достаточной высоты расположения емкости на всасывании, определяющей такое давление на входе в насос при котором кавитация не возникает.
Разряжение, которое создаёт работающий насос, не может быть по абсолютному значению больше атмосферного давления и складывается оно из геометрического давления, потери давления во всасывающем трубопроводе и динамического давления при входе в насос.
|
|
|
Геометрическая высота всасывания (расстояние между осью колеса насоса и поверхностью свободного уровня) соответствует геометрическому давлению. При нормальных условиях оно обычно составляет 4…6 м. При увеличении высоты всасывания в воде, поступающей в насос, может создаться такое пониженное абсолютное давление, при котором жидкость закипает.
Высота всасывания, при которой вода закипает, быстро уменьшается при увеличении температуры.
Температура,°С 0 10 20 30 40 50 60 70 75
Высота всасывания
Н, м.вод. ст 7 6,5 6 5,5 5 4 2,5 1 0
Горячую воду с температурой выше 75…80°С можно перекачивать насосами только при подпоре.
Допустимая высота всасывания 
, м.вод. ст.
(45)
где р1 - абсолютное давление над поверхностью всасываемой жидкости;
рнп - давление насыщенного пара при температуре всасывания жидкости;
Др - противокавитационный запас давления; ориентировочно Др=25 кПа;
с1 и с2 - средние скорости полтока на входе и выходе, м/с;
h1-2 - разность высот расположения центров входного и выходного сечений насоса, м.
Выражение 
называют коэффициентом кавитации.
Из уравнений (46) и (48) получаем
(49)
где Нвс=Нг - h вс
Полная высота всасывания Нвс, при которой в зоне минимального давления возникает кавитация, называется критической высотой всасывания и обозначается Нвс.кр.
|
|
|
Уравнение для определения Нвс.кр. можно получить подстановкой рмин=рнп (условие возникновения кавитации в зоне минимального давления)
(50)
Если р1>рнп, то разность р1 - рнп определяет запас давления на уровне воды в деаэраторе, предупреждающий кавитацию. Следовательно 
- противокавитационный запас энергии на верхнем уровне Нкав. Уравнение (50) запишется в виде
(51)
Критическая высота всасывания может быть определена
, (52)
где n - коэффициент быстроходности
Для рассматриваемого примера всасывания горячей воды
(53)
где с - кавитационный коэффициент быстроходности, принимают с=900-1500. Характеризует кавитационные качества центробежных насосов.
Если считать р1=рнп, то Нкав=0, поэтому
(54)
Работа насоса при Нг.вс.кр. недопустима, при этом насос работает в начальной стадии кавитации. Нормальная безкавитационная работа насоса при Нг.вс.доп. 
Нг.вс.кр.
Пример2.7
Рассчитать рабочее колесо насоса для подачи Q=180 м3/ч воды с температурой Т=293 К под избыточным давлением 200 кПа и при давлении на входе 10 кПа.
|
|
|
Решение
Определяем напор насоса
Выбираем частоту вращения вала насоса при соединении его с валом двигателя муфтой n=1430 об/мин.
Коэффициент быстроходности по формуле
Колесо имеет нормальный коэффициент быстроходности. Определим объёмны КПД по следующей формуле
где а - коэффициент, зависящий от соотношения между диаметром входа и выхода насоса; а≈0,68.
Находим приведенный диаметр (условный диаметр живого сечения входа в рабочее колесо) по формуле статистических данных
Гидравлический КПД по формуле Ломакина
Внутренний механический КПД
; 
Полный КПД насоса
Мощность на валу
Крутящий момент
Диаметр вала по формуле
,
где 
- допустимое напряжение скручивания; 
=120…200 кгс/см2.
Принимаем диаметр ступицы колеса 
Диаметр входа в колесо
Диаметр входа на рабочие лопатки 
Увеличение D1 в сравнении с D0 на 20 мм произведено с целью вынесения входной кромки рабочей лопасти из зоны поворота потока в область плоского течения.
Длина ступицы l ст=1,4 d ст=1,4∙42=59 мм.
Окружная скорость на входе в каналы рабочего колеса
|
|
|
м/с.
Скорость входа в рабочее колесо
м/с.
Из входного параллелограмма скоростей, предполагая, что с1=с1r=c0, получаем 
; 
. Принимая угол атаки i=4°, получим угол лопасти на входе 
При коэффициенте стеснения входного сечения межлопаточных каналов м1=0,9 определяем ширину лопасти на входе
Принимаем в2=17° и определяем по формуле окружную скорость на выходе из колеса
Определяем
Отношение диаметров выхода и входа 
Ширина лопасти на выходе при условии с1r=c2r
Количество лопаток рабочего колеса по формуле К. Пфлейдерера
где K =6,5 - коэффициент для литых рабочих колёс с большой толщиной лопасти.
По полученным в расчётах данным профилируются продольное сечение рабочего колеса и лопасти.
Пример 8
Центробежный насос перекачивает воду из открытого бассейна (бака) с температурой tв=32°С. Производительность насоса Q=36 м3/ч, диаметр всасывающего патрубка насоса dвс=50 мм, сопротивление всасывающей трубы Dh вс=1,5 м.вод. ст., частота вращения вала насоса n=1500 об/мин, давление атмосферы приравнено к нормальным физическим условиям.
Определить максимальную допустимую высоту всасывания центробежного насоса .
Решение
Максимально допустимую высоту всасывания с учётом противокавитационных качеств насоса можно определить по формуле
где Р1 - атмосферное давление, Па;
Рнп - давление насыщенных водяных паров при температуре воды t в, Па;
г - удельный вес жидкости, Н/м3;
Свх - скорость жидкости во всасывающем патрубке, м/с;
ук - коэффициент кавитации.
Коэффициент кавитации учитывает отношение действительной скорости вблизи поверхности рабочей полости колеса вначале лопаточного канала к относительной скорости на входе в межлопаточные каналы, т.е.
, коэффициент кавитации с учётом свойств насоса определяется по формуле
где с - кавитационный коэффициент быстроходности, характеризующий кавитационные качества насоса, принимают с=500…1500 для центробежных насосов;
,65 - коэффициент быстроходности насоса.
Принимает для расчётов с=500.
Тогда, кавитационная потеря высоты всасывания
Скорость воды во всасывающем патрубке
Удельный вес жидкости при температуре жидкости t в определяем как
Давление Рнп; плотность с или удельный объём v водяного пара принимаем по таблицам «насыщенный водяной пар и вода на кривой насыщения» по температурам. Рнп=0,00476 МПа; с=994,99 кг/м3при t=32°C.
Тогда 
Список литературы
1. Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике: учеб. пособие для вузов / Г.П. Панкратов. - М.: Издательство: Книжный дом «Либриком», 2009. - 252 с.
2. Ляшков В.И. Тепловые двигатели и нагнетатели: учеб. пособие / В.И. Ляшков. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009 - 124 с.
. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: учеб. пособие для вузов / В.М. Черкасский. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 416 с.
. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин: учебник для вузов: в 2 кн. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 384 с.
. Шатров М.Г. Теплотехника: учебник для вузов / М.Г. Шатров, И.Е. Иванов, С.А. Пришвин и др.; под. ред. М.Г. Шатрова. - М.: Издательский центр «Академия», 2011. - 288 с.
6. Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: справочник / А.А. Александров, Б. А Григорьев. - М.: Издательство МЭИ, 1999. - 168 с.
Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 100; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!