Высота всасывания и явление кавитации в центробежных насосах, способы борьбы с ней

Кавитация – процесс образования пузырьков при понижении давления.

Сущность кавитации – образуются разрывы сплошности в тех местах потока, где давление снижается до величины, соответствующей давлению насыщенного пара при данной температуре жидкости.

Происходит быстрое вскипание жидкости и вслед за вскипанием происходит обратный процесс быстрой конденсации пузырьков пара.

В момент конденсации массы жидкости устремляются к центру пузырька и обуславливают резкий точечный удар. Если пузырек пара находится на поверхности в момент его полной конденсации, то удар приходится на эту поверхность и вызывает местное разрушение металла. При этом давление может достигать нескольких сотен атмосфер.

Три стадии кавитационного процесса:

В начальной стадии зона кавитации заполнена смесью жидкости и более или менее крупных пузырьков пара.

Во второй стадии в кавитирующем потоке на ограничивающей поверхности образуются крупные каверны, срываемые потоком и вновь образующиеся.

Третья стадия – суперкавитация, весь обтекаемый элемент гидромашины лежит в области каверны.

Работа насоса в стадии начальной кавитации нежелательна, но допустима, если детали насоса изготовлены из кавитационно-устойчивых материалов (стали легированные никелем и хромом). В стадии развитой и суперкавитации работа насоса становится ненадёжной и поэтому недопустима. Кавитация обычно возникает во всасывающем тракте насоса на лопастях рабочего колеса, однако кавитационные процессы могут возникать и в напорных потоках в местах срыва жидкости с рабочих лопастей, направляющих лопаток, регулирующих органов.

В насосах низкого давления с деталями из чугуна кавитационные разрушения имеют губчатый характер. Поверхность неровная с извилистыми ноздреватыми полостями. В насосах высокого давления с деталями из конструкционных сталей разрушения в виде впадин и канавок с гладкой поверхностью. Кавитация вредна разрушением металла, снижением кпд. Сопровождается вибрацией, шумом, падением напора.Проявляется обычно с вогнутой стороны входных элементов лопастей, при протекании жидкости через уплотнительные зазоры, в местах резкого поворота потока, где происходит отрыв потока от ограничивающей поверхности.

Высота установки насоса, или расстояние по вертикали между осью и уровнем перекачиваемой жидкости, зависит от конструкции насоса, типа, числа оборотов, величины местных сопротивлений, температуры всасываемой воды. От правильности расчета всасывающей трубы насоса зависит надежная работа насосной установки. Диаметр трубы по требуемому расходу Q,м ³/с и допустимой скорости движения воды по трубе V, м/с определяется по формуле:

, откуда d=l,13

, м, где V=0,75- 1,0 м/с.

Диаметр всасывающей трубы должен быть больше диаметра нагнетательной трубы на 10-30 мм. Вакуумметрическая высота всасывания складывается из геометрической высоты всасывания, потерь напора во всасывающем трубопроводе и скоростного напора при входе в насос. Чем выше температура всасывающей воды, тем меньше допустимая высота всасывания.

Высота всасывания:

, где

h_в - вакуумметрическая высота всасывания, м;

h_св- потери напора на всасывающей линии, м;

скоростной напор, м.

Меры, предупреждающие возникновение кавитации в насосах:

- использование кавитационноустойчивых материалов (легированные стали никелем и хромом);

-ограничение скорости жидкости в проточной полости насосов;

- применение рациональных форм сечений проточной полости и профилей лопастей;

- эксплуатация насосов в режимах, близких к расчётным, поддержание такого давления во всасывающем патрубке при котором кавитация не появляется.

Основной мерой против кавитации в насосах любых типов и конструкций является соблюдение такой высоты всасывания насоса, при которой кавитация не возникает, такая высота всасывания называется допустимой.

где

Р_п – давление насыщенных паров, подаваемой жидкости для данной температуры, Па;
φ=1,4;

h_w – гидравлическое сопротивление всасывающего трубопровода, м;

Н – напор,м;

σ – коэффициент кавитации; σ=0,3-0,4;

ρ – плотность среды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с².

№5

Осевые насосы, вентиляторы, компрессоры, их устройство, особенности конструкций и принцип их действия. Ротационные насосы и компрессоры (пластинчатые, шестеренные и винтовые), их устройство и принцип действия