8. Высота всасывания насосов. Допустимое значение высоты всасывания

ВВН – самый главный параметр при проектировании насосной установки. Она определяет высотное расположение насоса по отношению к отметке уровня воды в источнике. Неточность ее расчета приводит к ухудшению или полному срыву работы насоса. Она влияет на стоимость и размеры НС. Различают геометрическую и вакуумметрическую ВВН.

Геометрическая равна разности отметок двух горизонтальных плоскостей, одна из которых проходит через точку полости всасывания насоса с минимальным давлением, а вторая совпадает со свободной поверхностью воды в источнике. Чтобы насос смог засосать жидкую среду, находящуюся ниже отметки установки насоса, он должен на входе в РК создать вакуумметрическое давление P₁. Разность Р₁ и Р_атм в метрах столба жидкости и есть вакуумметрическая высота всасывания. Н_вак = (Р_атм-Р₁)/ρg. Различные типы насосов развивают различный вакуум. В каталогах указывается значение допустимой вакуумметрической высоты всасывания.

Запишем уравнение Бернулли для сечений свободной поверхности воды и оси насоса: Р_а/ρg + 0 + V_o²/2g = P₁/ρg + H_{геом вс} + V₁²/2g + h_вс. Пренебрегая V_o²/2g, получим: Р_а/ρg - P₁/ρg = H_{геом вс} + V₁²/2g + h_вс. Т.к. (Р_а - P₁)/ρg = Н_вак, то Н_{геом вс} = Н_вак - V₁²/2g - h_вс.

Н_вак ≤ Н_вак^доп(из каталога).

Теоретически при условии Р₁ = 0 и V₁ = 0, Н_{геом вс} = Р_атм/ρg. В реальных условиях предельная величина Н_{геом вс} уменьшается из-за явления кавитации.

17. Физическая сущность явления кавитации

Во всасывающем трубопроводе при понижении давления до критического (давления насыщенного пара) из жидкости начинают выделяться пузырьки пара и растворенного в нем газа. Увлекаясь далее потоком в область повышенного давления, пар конденсируется и пузырьки захлопываются. Конденсация происходит за очень короткий промежуток времени. При захлопывании пузырьков происходят местные гидравлические удары с возникновением ударных волн, многократное действие которых разрушает поверхность труб. Наиболее подвержены кавитации чугун и углеродистая сталь. Наиболее устойчивы нержавеющая сталь и бронза. При кавитации уменьшается напор, подача и КПД.

9. Меры борьбы с явлением кавитации

Основная мера борьбы – правильный расчет геометрической высоты всасывания.

В каталогах насосов указывается либо допустимая вакуумметрическая высота всасывания, либо величина кавитационного запаса (Δh_к). Есть аналитическая зависимость Руднева для определения Δh_к: Δh_к ≥ 10(n√(Q)/c)^4/3, где n - частота вращения РК, об/мин; Q – производительность, м³/с; с – коэффициент, зависящий от конструкции насоса (с=600…800 для тихоходных; 900…1000 для нормальных; 1100…1300 для быстроходных). Кавитационный запас по знаку неравенства отвечает условию отсутствия кавитации, по знаку равенства – началу кавитации.

10. Коэффициент быстроходности лопастных насосов

КБ данного насоса – частота вращения такого модельного насоса, который геометрически подобен данному и у которого напор составляет 1м при полезной мощности 1лс (75кг*м/с), т.е. подача модельного насоса 75л/с или 0,075м³/с. Значение КБ определяется по формуле: n_s = 3,65n√(Q_опт)/Н_опт^3/4, где n – частота вращения насоса; Q_опт и Н_опт - подача и напор в оптимальной точке его характеристики. Используя формулы подобия получим: n_s = n√(N_лс^полезн)/Н^5/4, где N_лс^полезн = 1000QH/75.

Знание КБ позволяет: 1. составлять гидравлическую классификацию насосов; 2. сравнивать различные типы РК; 3. производить изучение больших колес на моделях; 4. подбирать наиболее подходящие насосы для заданных Q и H.

От КБ зависит число лопаток насоса. По n_s насосы подразделяют на тихоходные (50…80), нормальные (80…150), быстроходные (150…350), диагональные (350…500), осевые (500…1500). Переход к высоким n_s дает возможность уменьшить размеры насосов, выполнять их более компактными и более легкой конструкции.