17. Кавитация, причины возникновения, способы предупреждения кавитации. Допустимая высота всасывания насосов.

При выборе насоса очень важно обеспечить его бескавитационную работу. Для этого необходимо убедить­ся, что выбранный насос по своим кавитационным каче­ствам соответствует системе, в которую его устанав­ливают. Кавитационный запас системы

,

где  абсолютное давление, Па, на свободную поверхность жидкости в резервуаре, из которого ведется откачивание;  давление, Па, насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей тем­пературе;   удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м3;  суммарные потери напора, м, во всасывающем трубопроводе при максимально необходимой подаче;  геометрическая высота вса­сывания (геометрический подпор), м.

Допускаемый кавитационный запас насоса, и мощность насоса определяют по графической характе­ристике насоса выбранного типоразмера при максималь­но необходимой подаче.

Выясним физическую сущность напора в соответст­вии с основными положениями гидромеханики. Если к всасывающему патрубку насоса, берущего жидкость из емкости, расположенной выше его оси, подключить трубку полного напора, то уровень жидкости в ней бу­дет поднят на некоторую высоту над осью насоса. Эта высота, называемая в гидромеханике полным напором.

18. Понятие о циркуляции потока по профилю лопаток. Теорема н.Е Жуковского о подъёме силе элемента лопатки. Принцип проектирования и расчета осевой машины. Характеристика осевой машины.

При вращении колеса осевого вентилятора возникает направленный параллельно его оси поток воздуха.

Число лопаток в этих вентиляторах обычно колеблется от 2 до 12. однако при рассмотрении работы вентилятора в целом можно ориентировочно принять, внеся затем, в случае необходимости, поправки на взаимное влияние лопаток.

Циркуляция скорости – это течение скорости по замкнутому контуру. Если из точки А

Теорема Н.Е. Жуковского о подъемной силе. Если на крыло (рис.22) действует так называемая подъемная сила, направленная вертикально вверх, то это значит, что давление под крылом больше, чем над ним. Из теоремы Д.Бернулли следует, что скорость потока над крылом больше скорости набегающего (невозмущенного) потока , а скорость под крылом меньше ее. Если очертить вокруг крыла контур АВСДА, то течение скорости по участку АВС будет больше, чем отрицательное течение скорости по участку СДА. Следовательно, вокруг крыла существует циркуляция скорости.

Н.Е. Жуковским доказана теорема о том, что подъемная сила крыла бесконечной длины кГ,

где - перпендикулярна скорости и действует на отрезок крыла длиной ;

- массовая плотность в кГ*сек²/м⁴;

Г – циркуляция скорости в м²/сек.

Рис.27. Скорости, возникающие при обтекании крыла

Расчет осевых вентиляторов обычно выполняется по заданным величинам расхода м³/ч или м³/сек, полного давления р в кГ/м² и числа оборотов п в 1 мин.

Прежде всего вычисляют быстроходность вентилятора. Зная быстроходность, задаются числом лопаток вентилятора , определяют модуль винта, т.е. отношение , представляющее собой теоретическую длину пути, пройденного потоком воздуха за время поворота лопасти вентилятора на 1 радиан, и задаются числом модулей, т.е. отношением . Кроме того, задаются также отношением диаметра втулки к диаметру вентилятора. Далее определяют диаметр вентилятора, вычисляют ометаемую площадь, скорость прохода воздуха и соответствующее динамическое давление. Затем вычисляют статическое давление вентилятора и степень его реакции (отношение статического давления к динамическому). Если некоторые расчетные величины не удовлетворяют заданным, то в последние вносят изменения. Затем выбирают желаемый профиль лопатки, для которого экпериментально определены коэффициенты и . По перечисленным исходным величинам рассчитывают элементы лопасти в нескольких сечениях, начиная с ее внешней кромки.

Характеристики осевых маши значительно отличаются от описанной характеристики центробежных нагнетателей.

Линия характеристики имеет пологопадающий характер с перегибом только в начальном участке при малых расходах. Такая форма кривой объясняется постоянством режима движения воздуха в вентиляторе без резких поворотов и срывов потока. По мере увеличения расхода сопротивления, преодолеваемые потоком, возрастают приблизительно пропорционально квадрату расхода, и полное давление, создаваемое нагнетателем, соответственно уменьшается.

Иначе на характеристике строится кривая динамического давления . Под динамическим давлением осевой машины подразумевается величина кГ/м² ,

где - средняя по ометаемой площади скорость в м/сек;

- объемный вес перемещаемой жидкости.

Под ометаемой площадью осевой машины подразумевается площадь, описываемая лопастным колесом диаметром за вычетом площади втулки колеса диаметром : .

Динамическое давление условно определяют по средней скорости, так как скорости потока за колесом вентилятора неравномерны. Под средней скоростью потока подразумевают отношение расхода к площади ометаемой поверхности м/сек.

Линия мощности также существенно отличается от подобной линии для центробежных нагнетателей. Мощность, потребляемая осевой машиной, практически не зависит от производительности, так как энергия, расходуемая на вращение осевого колеса, почти не меняется.

У большинства осевых вентиляторов мощность при нулевом и максимальном расходах практически одинакова, и лишь несколько возрастает на участке с максимальным к.п.д.

Постоянство мощности осевых вентиляторов и насосов учитывается при эксплуатации. Осевые машины можно включать и выключать без принятия мер по снижению мощности. Подключенная к машине электрическая сеть остается неизменной, так как сила пускового тока не зависит от положения задвижек или клапанов в сети.

Линия коэффициента полезного действия осевой машины по осевому характеру аналогична линии центробежных нагнетателей. Начинаясь с нуля (при ), к.п.д. осевой машины возрастает, достигает максимума и при дальнейшем увеличении расхода постепенно уменьшается.

Максимальное значение к.п.д. у осевых вентиляторов, выпускаемых промышленностью серийно, лежит в пределах 0,6-0,7 (как и к.п.д. центробежных машин). Однако к.п.д. специальных уникальных вентиляторов с профилированными лопатками достигает 0,9.

Некоторые типы осевых вентиляторов, так называемые реверсивные, т.е. рассчитанные на подачу воздуха в двух взаимно противоположных направлениях, имеют либо плоские лопатки, либо лопатки симметричного профиля. К.п.д. машины при этом снижается и обычно не превышает 0,4-0,45. В силу этого вентиляторы реверсивного типа в настоящее время серийно промышленностью не выпускаются.