Г л. III. Перемещение жидкостей (насосы)

при перекачивании горячих жидкостей насос устанавливают ниже уровня приёмной емкости, чтобы обеспечить некоторый подпор £0 стороны вса­сывания, или создают избыточное давление в приемной емкости. Таким ^ке образом перекачивают высоковязкие жидкости.

При расчете высоты всасывания поршневых насосов надо учитывать потери напора на преодоление сил инерции во всасывающем трубопроводе. Эти потери обусловлены неравномерностью подачи поршневого насоса (см. стр. 143), в результате чего на столб жидкости, находящейся во вса­сывающем трубопроводе и движущейся с некоторым переменным ускоре­нием, действует сила инерции, направленная в сторону, противополож­ную направлению движения жидкости.

Потери напора на преодоление сил инерции Д/г_и в поршневых насосах могут быть рассчитаны из уравнения, связывающего давление, действующее на поршень, с силой инерции столба жидкости, движущейся во всасывающем трубопроводе:

»1 ^{6 1} I' “² — Тг ~

где I — высота столба жидкости в трубопроводе (при наличии воздушных колпаков — расстояние от оси насоса до уровня жидкости в колпаке); £ — ускорение силы тяжести; / и /_х — площадь сечения поршня и трубопровода соответственно; и — окружная скорость вращения кривошипа; г — радиус кривошипа.

На допустимую высоту всасывания насосов оказывает также влияние явление кавитации.

Кавитация возникает при высоких скоростях вращения рабочих колес центробежных насосов и при перекачивании горячих жидкостей в условиях, когда происходит интенсивное парообразование в жидкости, находящейся в насосе. Пузырьки пара попадают вместе с жидкостью в область более высоких давлений, где мгновенно конденсируются. Жид­кость стремительно заполняет полости, в которых находился сконденси­ровавшийся пар, что сопровождается гидравлическими ударами, шумом и сотрясением насоса. Кавитация приводит к быстрому разрушению насоса за счет гидравлических ударов и усиления коррозии в период парообра­зования. При кавитации производительность и напор насоса резко сни­жаются.

Явление кавитации приводит к уменьшению допустимой вакуумметриче- с к о й высоты всасывания, под которой понимают разность давлений в приемной емкости и во всасывающем патрубке насоса, выраженную~в м столба перекачиваемой жидкости

//_вак = р^^ВС'■ Значение #_вак можио определить из уравнения (111,8), пренебрегая

величиной ге)!, так как < ш_вс. Для того чтобы предотвратить возникновение кавитации при работе насоса, допустимое значение вакуумметрической высоты всасывания (Н_вяк) принимают, вычитая из //_вак, найденную из уравнения (111,8), некоторую высоту, называе­мую кавитацио н н ым запасом (Д/г_к, м). Таким образом

^вак ⁼ ^вак

причем значения А/г_к (или Я_вак) приводятся р каталогах насосов при р= 1 кгс/см² г=» г=» 10 м вод. ст. и / = 20° С. При отклонении от этих условий должны быть учтены факти­ческое атмосферное давление и давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при ее температуре.

Практически высота всасывания насосов при перекачивании воды не превышает следующих значений:

Температура, °С 10 20 30 40 50 60 65

Высота всасывания, м ... . 6 5 4 3 2 1 0

4. Центробежные насосы

Принцип действия и типы насосов. В центробежных насосах всасыва­ние и нагнетание жидкости происходит равномерно и непрерывно под дей­ствием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса с лопатками, заключенного в спиралеобразном корпусе.

133

В одноступенчатом центробежном насосе (рис. II1-2) жид- кость из всасывающего трубопровода / поступает вдоль оси рабочего колеса 2 в корпус 3 насоса и, попадая на лопатки 4, приобретает вращатель- ное движение. Центробежная сила отбрасывает жидкость в канал пере-

менного сечения между корпусом и ра- бочим колесом, в котором скорость жидкости уменьшается до значения, равного скорости в нагнетательном тру- бопроводе 5. При этом, как следует из уравнения Бернулли, происходит пре- образование кинетической энергии по- тока жидкости в статический напор, что обеспечивает повышение давления жидкости. На входе в колесо’создается пониженное давление, и жидкость из приемной емкости непрерывно посту- пает в насос.

Давление, развиваемое центробеж- ным насосом, зависит от скорости вра- щения рабочего колеса. Вследствие зна- чительных зазоров между колесом и корпусом насоса разрежение, возни- кающее при вращении колеса, недо- статочно для подъема жидкости по всасывающему трубопроводу, если он и корпус насоса не залиты жидкостью.

Поэтому перед пуском центробежный

насос заливают^ перекачиваемой жидкостью. Чтобы жидкость не-вылива- лась из насоса и всасывающего трубопровода при заливке насоса или при кратковременных остановках его, на конце всасывающей трубы, погру- женном в жидкость, устанавливают обратный клапан, снабженный сеткой (на рисунке не показан).

Напор одноступенчатых центробежных насосов (с одним рабочим коле- сом) ограничен и не превышает 50 м. Для создания более высоких напоров -

применяют многоступенча- тые насосы (рис. П1-3), имеющие несколько рабочих колес / в общем корпусе 2, расположенных последова- тельно на одном валу 3. Жидкость, выходящая кз первого колеса, посту- пает по специальному отводному ка- налу 4 в корпусе насоса во- второе колесо (где ей сообщается дополни- тельная энергия), из второго колеса через отводной канал в третье колесо и т. д. Таким образом, ориентиро- вочно (без учета потерь) можно счи-

• тать, что напор многоступенчатого на-

7 — рабочее колесо: 2 — корпус; 3 — вал; ¹ ^

4. — отводной канал. соса равен напору одного колеса, ум-

Рис. ІІ1-3. Схема многоступенчатого насоса:

Рис. 111-2. Схема центробежного на­соса:

У — всасывающий трубопровод; 2 — рабо­чее колесо; 3 — корпус; 4 — лопатки; 5 — нагнетательный трубопровод.

Гл. III. Перемещение жидкостей (насосы)

жидкости на входе в колесо с_г и на выходе из колеса с₂ являются каждая геометрической суммой относительной и окружной скоростей, поэтому их можно разложить (рис. 111-4) на относительные составляющие и т_г (направленные вдоль лопаток) и окружные составляющие и_г и и₂ соот­ветственно (направленные по касательной к окружности вращения). При­нимая за плоскость сравнения плоскость рабочего колеса, составим баланс

Рис. II1-4. К выводу основного уравнения центробежных машин.

энергии жидкости при прохождении ее через колесо по уравнению Бер­нулли (2_Х = г₂):

Рі

ШЇ

Рг

Рё

+

щ

2ё

При вращении колеса жидкость на выходе приобретает дополнитель­ную энергию А, равную работе центробежной силы на пути длиной г_г—г_х. Тогда

Рі

1. — Л.

Рё ²8 Рё ²ё

(111,18)

Если рабочее колесо вращается с угловой скоростью со, то центробеж­ная сила С, действующая на частицу жидкости массой т, равна

С = т(л²г — со²/-

где в — вес частицы; г — текущий радиус вращения частицы.

Работа А_а, совершаемая центробежной силой при перемещении этой же частицы на пути г₂ — г_ь составляет

О 2 J Осо²

Произведение угловой скорости со на радиус вращения г равно окруж­ной скорости и, поэтому

Ш²/| = И2 ¹¹ “М = ^и1 Работа А_а выразится уравнением

Ав-

0

ё

Удельная работа, отнесенная к единице веса жидкости, равна удель­ной энергии, приобретаемой жидкостью в насосе. Поэтому

“1-й?

Подставляя это выражение в уравнение (III, 18), получим

Р і , і РВ 2^г

Рг . Рё

и\ — и\

23