Работа 2. Кавитационные испытания центробежного насоса
Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, наполненных паром или 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 растворёнными в ней газами (закипание жидкости). 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 сотен и даже тысяч атмосфер. Если конденсация происходит у стенок каналов насоса, то материал стенок быстро разрушается. Причём 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, ещё 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 очень опасным следствием кавитации. Разрушения рабочих колес вследствие кавитации приведены на рис. 3.
Рис. 3. Разрушение рабочих колес вследствие кавитации
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 Dh ‑ превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией её насыщенных паров:
, (14)
где р, v ‑ абсолютное давление и скорость на входе в насос;
рн.n - давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жидкости и её температуры.
Для воды и бензина рн.n в кПа приведены в табл. 2.2.
|
|
Таблица 2.
tº C | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 60 | 80 | 100 |
Вода Бензин Б-70 | 0.32 | 1.21 | 1.69 | 2.34 16.3 | 3.17 | 4.24 | 7.37 33.2 | 20.2 55.8 | 48.2 103.3 | 103.3 |
Начальная стадия кавитации определяется критическим кавитационным запасом Dhкр ‑ кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2% на частной кавитационной характеристике (Н = f(DН)) или на 1 м при напоре насоса более 50 м.
Величину критического кавитационного запаса Dhкр можно определить при кавитационных испытаниях насоса по частной кавитационной характе ристике или по формуле С. С. Руднева:
(15)
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 Dhдоп, вычисляемым по формуле:
(16)
где А - коэффициент кавитационного запаса A = f(Dhкр) (А = 1,05 ‑ 1,3).
|
|
Графическая зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи в рабочем интервале подач Dhдоп = f(Q) называется кавитационной характеристикой насоса (см. рис. 9 и 12). 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(Dh) (рис. 5).
При испытаниях насоса кавитационный запас определяется по формуле:
(17)
где pа , pв - показания барометра и вакуумметра.
Полученные опытным путем значения Dhon приводятся к номинальной частоте вращения nн по формуле:18
(18)
и строится частная кавитационная характеристика насоса (см. рис. 2.5).
Рис. 4. Кавитационная характеристика насоса. | Рис. 5. Частные кавитационные характеристики насоса. |
По каждой частной кавитационной характеристике находим Dhкр и Q, а затем Dhдоп (по формуле 16). По значениям Dhдоп и Q1 строим кавитационную характеристику Dhдоп = f(Q) (см. рис. 4).
Контроль работы насоса при его эксплуатации производится по показаниям вакуумметра, установленного на входе в насос. Связь кавита-ционного запаса с вакуумом можно найти из выражения подставив в него значение абсолютного давления p из формулы (2.14).
|
|
(19)
По аналогии с (19) можно записать выражения для критического и допускаемого вакуума. Критический вакуум
(20)
Допускаемый вакуум
(21)
Употребляется также понятие вакуумметрической высоты всасывания Нв, которая связана с вакуумом зависимостью:
, или (22)
Вакуум на входе в насос зависит от расположения насоса по отношению к свободной поверхности жидкости в приёмном резервуаре геометрической высоты всасывания HВС, режима работы насосов и других факторов.
Такая зависимость находится с помощью уравнения Бернулли:
(23)
где hвс ‑ потери насоса во всасывающем трубопроводе.
Максимальная (критическая) высота всасывания, т.е. высота, при которой начинается кавитация, вычисляется по формуле:
, или (24)
Допускаемая высота всасывания HВС, т.е. высота, при которой обеспечивается бескавитационная работа насоса, равна:
, или (25)
Цель работы:
1. Убедится на практике в существовании явления кавитации в центробежном насосе и уяснить причины её возникновения.
2. Освоить методику кавитационных испытаний центробежного насоса.
3. Получить в результате испытаний кавитационную характеристику насоса.
Рис. 6. Схема установки для кавитационных испытаний насоса.
Описание установки.Установка с замкнутой схемой циркуляции жидкости (рис. 6) включает в себя: испытуемый центробежный насос 1, бак 3, всасывающий 2 и нагнетательный 6 трубопроводы, задвижку 5, вакуумный насос 4, контрольно-измерительную аппаратуру (манометр 9 и вакуумметр 8, диафрагму с подключенным к ней дифференциальным манометром 7, ватт‑метр 10 и тахометр 11).
Порядок выполнения работы и обработка опытных данных для получения частных кавитационных характеристик:
Частные кавитационные характеристики H = f(Dh) следует получить для минимальной, номинальной и максимальной подач насоса.
С этой целью необходимо:
1. Включить насос 1 и обеспечить заданную подачу задвижкой 5.
2. Уменьшать ступенчато давление на входе в насос включением вакуумного насоса 4, начиная с давления, заведомо исключающего кавитацию, и заканчивая при резком падении напора, обеспечивая при этом Qi = const и снимая на каждой ступени показания манометра 9, вакуумметра 8, дифманометра 7 и тахометра 11. Результаты измерений записать в табл. 3.
3. Вычислить параметры, необходимые для построения частной кавитационной характеристики: напор насоса Н - по формуле (2); подачу Q - по формуле (9); кавитационный запас Dhоп по формуле (17).
Если в опытах частота вращения nоп отличается от номинальной nн более чем на 0,5%, кавитационный запас Dhоп необходимо привести к nн по формуле (18). Если же nоп отличается от nн менее чем на 0,5%, необходимо принять Dh = Dhоп.
4. Результаты вычислений записать в табл. 3 и построить по ним частные кавитациопные характеристики (см. рис. 5).
Таблица 3.
Измеряемые параметры | Рассчитываемые параметры | ||||||||
Pa, Па | Pм, Па | Рв, Па | h, мм.ртст | nоп, об/мин | H, м | Q, л/с | v, м/с | Dhоп, м | Dh, м |
Порядок выполнения работыиобработка опытных данныхдля получения кавитационной характеристики.
Для получения кавитационной характеристики Dhдоп = f(Q) необходимо:
1. По каждой частной кавитационной характеристике Hi = f(Dh) определить допускаемый кавитационный запас Dhдоп = АDhкр, предварительно определив критический кавитационный запас Dhкр по падению напора на 2 % на кривой Hi = f(Dh). Коэффициент кавитационного запаса A = f(Dhкр ) взять из табл. 4.
Таблица 4.
DhКР, 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 |
2. Результаты расчётов свести в табл. 5 и построить по данным этой таблицы кавитационную характеристику Dhдоп = f(Q) (см. рис. 4).
Таблица 5.
Q, л/с | Dhкр, м | А | Dhдоп, м | |
Qmin Qн Qmax | Dhкр1 Dhкр2 Dhкр3 | А1 А2 А3 | Dhдоп1 Dhдоп2 Dhдоп3 | |
Основные контрольные вопросы
1. Что такое кавитация, каковы её внешние признаки?
2. Что называется кавитационным запасом Dh и как его определить при испытаниях?
3. Что называется критическим кавитационным запасом Dhкр?
4. Что называется допускаемым кавитационным запасом Dhдоп?
5. Формула Руднева для определения критического кавитационного запаса?
6. Что такое высота всасывания и как она связана с кавитацией?
7. Что называется кавитационной характеристикой и как она изображается графически?
8. Что называется частной кавитационной характеристикой и как её получить при испытаниях?
9. Порядок работы при снятии частной кавитационной характеристики.
10. Как получают кавитационную характеристику центробежного насоса?
Библиографический список к работе 2:
8. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика: Учебник для гидротехнических специальностей вузов. -М.: Стройиздат, 1972, -648 с.;
20. Докукин А.В. и др. Радиально-поршневые гидромоторы многократного действия. -М.: Машиностроение, 1980. -288 с.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 697; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!