Напор насоса

Н = Н_г + h_.вс + h _наг

где h_.вс - потери напора во всасывающей трубе, м;

h _наг - потери напора в напорном трубопроводе, м;

h_вс =iL1,2 + (0,51,5) м

где i - гидравлический уклон;

L_вс- длина всасывающей линии, м;

1,2 – коэффициент потерь на местные сопротивления, м;

(0,51,5) – потери напора во всасывающих коммуникациях насосной станции, м;

h_нап =iL1,1 + 2,5÷5 м

где i - гидравлический уклон;

L_вс- длина напорного трубопровода, м;

1,1 – коэффициент потерь на местные сопротивления, м;

2,5÷5 – потери напора в напорных коммуникациях насосной станции, м.

Если теоретический напор – это приращение энергии, полученное каждым кг жидкости, проходящим через насос, то

Н = Е_вых - Е_вх,,

Е_вых= ₂ ++, Е_вх= ₁ ++

Н = (₂ - ₁) + (-) + (-) ,

где  - удельная потенциальная энергия положения;

Р – абсолютное давление жидкости;

- удельное давление жидкости (удельная потенциальная энергия давления).

(₂ - ₁) + (-) = Н_ман – манометрический напор или

Н= Н_ман+(-)

Манометрический напор при расположении оси насоса выше уровня воды в источнике определяется по формуле

Н _манн = М_о + W_{о всас},

где М_о, W_{о всас} - приведенные к оси насоса показания манометра и вакуумметра, установленных на напорном и всасывающем патрубках насоса;

При работе насоса с подпором,

Н _манн = М_о – М_{о всас},

где М_о, М_{о всас} - приведенные к оси насоса показания манометра и вакуумметра, установленных на напорном и всасывающем патрубках насоса.

Лекция № 3

Тема: Высота всасывания насоса. Кавитация и борьба с ней

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляются за счет разности давлений: Р_А - давления на поверхности воды в приемном резервуаре и Р_вх - давления у входа в колесо насоса.

Уровень воды в источнике по отношению к оси насоса и давление на поверхности воды могут быть различными

1 Случай

Забор воды из открытого резервуара. Уровень воды в резервуаре ниже отметки оси насоса (см. рис.а).

Составим уравнение баланса энергии (уравнение Бернулли) для двух сечений 0-0 и 1-1:

= Н_гвс + ++h_вс,

Н_гвс= - --h_вс - геометрическая высота всасывания

Н_вак= - -вакуумметрическая высота всасывания

₁ - скорость воды на входе в рабочее колесо;

Р₁ – давлении, создаваемое насосом у входа в рабочее колесо.

Зависимость между вакуумметрической высотой всасывания Н_вак и геометрической высотой всасывания Н_гвс определяется из уравнения:

Н_гвс= Н_вак - -h_вс или

Н_вак= Н_гвс ++h_вс «А»

2 Случай

Уровень свободной поверхности воды в резервуаре выше отметки оси насоса (см. рис.б).

В этом случае Н_гвс - геометрическая высота всасывания будет иметь отрицательную величину, и уравнения «А» примут вид:

Н_гвс= +h_вс - Н_вак или

Н_вак =+h_вс - Н_{г. вс}

Отрицательное значение (-Н_гвс) на входе в насос называется подпором. При достаточном подпоре давление на ходе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах его работы.

3 Случай

Откачка жидкости из замкнутого резервуара (см. рис.в). В этом случае:

Н_вак= - ₊ ,

где _-некоторое избыточное давление, которое может быть положительным или знакопеременным.

Для того чтобы не происходило отрыва жидкости от лопасти рабочего колеса, необходимо, чтобы давление перед насосом на входе в рабочее колесо было бы больше паров жидкости (≥).

Давление паров жидкости зависит от t^о жидкости (=(t^о)

при t^о = 20^о = 0,24 м

при t^о = 100^о = 10,33 м

при t^о = 0^о = 0,06 м

Равновесное состояние, когда =.

Из уравнения «А» следует, что

Н_гвс= ---h_вс, т.е.

в этом состоянии наблюдается нормальное движение потока жидкости в рабочем колесе, без отрыва от его лопастей

При  - возникает кавитация.

Кавитация - это явление нарушения сплошности потока жидкости, которое происходит в тех участках, где давление понижается, достигает некоторого критического значения. Чем меньше давление, тем быстрее возникает парообразование жидкости.

Причины кавитации:

а) понижение давление в области рабочего колеса;

б) повышение температуры воды;

в) большая высота всасывания;

г) повышенное сопротивление во всасывающей линии.

Поток воды при входе в рабочее колесо должен изменять свое направление. Поскольку в рабочем колесе жидкость движется с большой скоростью, происходит отжим потока от переднего диска рабочего колеса и прижатие потока к заднему диску. В области «А» давление понижается, а в области «Б» - повышается. Чем больше разность давлений в областях «А» и «Б», тем больше нарушается равномерность движения жидкости.

В области пониженного давления происходит выделение паров жидкости и растворенных в воде газов. В области повышенного давления – обратная картина – конденсация паров и растворенных газов.

Из области пониженного давления воздушные и паровые пузырьки относятся потоком воды в область повышенного давления, где они лопаются и растворяются в воде. При этом возникают точечные гидравлические удары. Чем больше пузырьков, тем больше ударов и их сила. Действуя постоянно на поверхность металла эти удары, разрушают лопасти колеса. Идет процесс коррозии и механического разрушения металла. Неоднородность поверхности металла и наличие жидкости как слабого электролита приводит к появлению местных электрических токов. Места выхода тока в электролит также разрушаются.

В настоящее время кавитация называется процесс появления пустот в потоке жидкости, а весь комплекс – называется кавитационным процессом.

Разрушение же рабочего колеса насоса в результате кавитационного процесса называется кавитацией рабочего колеса. Профессор Н.М. Щапов предложил заменить иностранный термин «кавитация» новым термином, являющимся переводом иностранного слова « опустошение». Однако этот термин не получил распространение.

Задача ставится так, чтобы не допустить работу ц.н. в режиме кавитации.

С этой целью геометрическую высоту всасывания Н_гвс принимают с учетом запаса, а предупреждение кавитации (кавитационный запас)

Н =---h_вс - _ h_зап,

_h_зап= ·_ h_{мин ,} = 1,11,5 в зависимости от условий работы