La pression du liquide traversant la pompe change continuellement dans la direction du mouvement et n'est pas la même en des points individuels des sections transversales de la cavité d'écoulement.
Dans les conceptions conventionnelles pompes centrifuges La pression la plus faible est observée près de l'entrée de la section cylindrique de la roue sur le côté concave des aubes, c'est-à-dire où la vitesse relative w et l'énergie cinétique correspondante atteint valeurs les plus élevées... Si la pression dans cette zone est égale ou inférieure à la pression de vapeur saturante correspondant à la température du liquide aspiré, alors un phénomène appelé cavitation.
L'image physique de la cavitation consiste en l'ébullition d'un liquide dans une zone de pression réduite et en la condensation ultérieure de bulles de vapeur lors de l'évacuation du liquide en ébullition dans la région de pression accrue. Dans ce cas, le processus de cavitation est réparti sur une certaine longueur de l'écoulement. La cavitation peut être un processus local, caractéristique d'une section courte de l'écoulement, dans les cas où la pression dans la section pulse autour de sa valeur moyenne, égale à la pression de vapeur saturante à la température du liquide aspiré. Dans ce cas, les processus d'ébullition et de condensation des bulles de vapeur se déroulent à haute fréquence, de manière pulsée.
Dans tous les cas de cavitation avec condensation rapide d'une bulle de vapeur, le liquide environnant se précipite vers le centre de la bulle (centre de condensation) et, au moment de la fermeture de son volume, produit un choc ponctuel dû à la faible compressibilité de le liquide. Selon les données modernes, la pression aux points de fermeture des bulles de vapeur lors de leur condensation dans les processus de cavitation atteint plusieurs mégapascals.
Si une bulle de vapeur au moment de sa condensation se situe sur une surface limitant l'écoulement, par exemple sur une aube travaillante, alors l'impact tombe sur cette surface et provoque une destruction locale du métal, appelée piqûre. Recherche contemporaine montrent que la cavitation s'accompagne de processus thermiques et électrochimiques qui affectent de manière significative la destruction des surfaces de la cavité d'écoulement des pompes.
La nature des piqûres dépend du matériau à partir duquel le trajet d'écoulement de la pompe est constitué. Ainsi, les piqûres de pièces en fonte, par exemple les aubes de travail des pompes à basse pression, donnent une structure spongieuse avec une surface très inégale et des fentes étroites sinueuses qui pénètrent profondément dans le métal et violent la résistance de la pièce. Dans les pompes haute pression fonctionnant à des vitesses élevées, avec des pièces en aciers de construction et alliés conventionnels, les piqûres apparaissent sous la forme de dépressions et de rainures lisses. Il n'existe pas de matériaux absolument résistants à la cavitation. Les métaux cassants hétérogènes tels que la fonte et les céramiques résistent très mal à la cavitation. Parmi les métaux utilisés dans l'ingénierie des pompes, les aciers alliés contenant du nickel et du chrome sont les plus résistants à la cavitation.
La cavitation est nocive non seulement parce qu'elle détruit le métal, mais aussi parce qu'une machine fonctionnant en mode cavitation réduit considérablement le rendement.
Le fonctionnement de la pompe en mode cavitation se manifeste extérieurement par du bruit, des fissures internes, un niveau de vibration accru et une cavitation très développée - par des coups dans la cavité d'écoulement, dangereux pour la pompe.
Il est d'usage de subdiviser le processus de cavitation en trois étapes. Au stade initial la zone de cavitation est remplie d'un mélange de liquide et de bulles de vapeur plus ou moins grosses. Dans la deuxième étape Dans l'écoulement de cavitation, de grandes cavités se forment sur la surface limite, qui sont arrachées par l'écoulement et reformées. C'est la scène cavitation développée. La troisième étape est la supercavitation : tout l'élément caréné de la machine hydraulique se situe dans la région de la cavité.
Le fonctionnement de la pompe dans la phase initiale de cavitation n'est pas souhaitable, mais acceptable si les pièces de la pompe sont constituées de matériaux résistant à la cavitation. Au stade de la cavitation et de la supercavitation développées, le fonctionnement de la pompe devient peu fiable et donc inacceptable.
La cavitation se produit généralement dans le conduit d'aspiration de la pompe sur les aubes de la roue, cependant, des processus de cavitation peuvent également se produire dans les écoulements sous pression aux endroits où le liquide se détache des aubes de travail, des aubes directrices et des organes de régulation.
Mesures pour éviter l'apparition de cavitation dans les pompes :
· Limiter la vitesse du liquide dans la cavité d'écoulement des pompes ;
· L'utilisation de formes rationnelles de sections de la cavité d'écoulement et de profils d'aubes ;
· Fonctionnement des pompes dans des modes proches de la conception.
Dans les pompes à plusieurs étages, la plus sujette à la cavitation est la première dans le cours du liquide Roue de travail, car à l'entrée de celui-ci, la pression est la plus faible. Pour améliorer les qualités de cavitation de telles pompes, une roue ou tarière axiale amont, constituée de deux à trois tours, est installée avant le premier étage. Ils sont faits de matériaux résistants à la cavitation et développent une pression à l'entrée de la première roue d'une pompe à plusieurs étages pour empêcher la cavitation (voir Figure 11, Figure 12). Dans les centrales nucléaires, les roues amont sont généralement installées dans les pompes à condensats et d'alimentation.
Figure 11 - Pompe d'alimentation PEA 1650-75.
1 - arbre; 2 - chemise; 3 - joints d'extrémité; 4 - couvercle d'entrée;
5 – roue amont; 6 - roue à aubes; 7 - boîtier; 8 - dispositif de guidage; 9 - section; 10 - couvercle de la tête de pression ; 11 - manchon de talon; 12 - épingle à cheveux;
13 - déchargement du disque; 14 - roulement; 15 - assiette.
Figure 12 - Pompe à condensats KsVA 1500-120.
1 - organisme fournisseur ; 2 - roue à aubes ; 3 - sceau; 4 - corps de presse-étoupe ;
5 - roulement; 6 - arbre; 7 - joint d'extrémité; 8 - couvercle de décharge;
9 - boîtier intérieur; 10 - section; 11 - boîtier extérieur; 12 - dispositif de guidage ; treize - roue amont; 14 - roulement; 15 - vis d'alimentation.
La principale mesure contre la cavitation dans les pompes de tous types et conceptions est de maintenir une telle hauteur d'aspiration de la pompe à laquelle la cavitation ne se produit pas. Cette hauteur d'aspiration est appelée acceptable.
La surpression à l'entrée de la pompe au-dessus d'une pression égale à la pression de vapeur saturée du liquide pompé est appelée la marge de cavitation D h... Le fonctionnement sans cavitation des pompes est garanti si les conditions
Dh ³ Dh ajouter,
où la marge de cavitation admissible
Dh ajouter = kDh cr;
facteur de sécurité k = 1,1¸1,5 et est défini en fonction des conditions de fonctionnement et du type de pompe ; Dh cr est la marge de cavitation correspondant au début de la diminution des paramètres lors du test de cavitation de la pompe. La marge de cavitation admissible Dh add est donnée dans la caractéristique de la pompe obtenue lors de l'essai de cavitation.
Réserve de cavitation Dh dépend de
où p p est la pression de vapeur saturée;
u in - vitesse à l'entrée de la pompe;
р В - pression absolue à l'entrée de la pompe;
р А - pression atmosphérique.
Pourvu que p B> p A (hauteur d'aspiration négative ou contre-pression à l'entrée de la pompe), où p B = rgH sous + P à + P A, vous pouvez écrire
où p à est la pression dans le réservoir de pression à l'aspiration.
Si pB<р А (положительная высота всасывания или разрежение на входе в насос), то
La hauteur d'aspiration, compte tenu des pertes hydrauliques dans la canalisation d'aspiration Sh sun et de la hauteur d'aspiration u en 2/2g, est appelée hauteur d'aspiration sous vide :
La hauteur d'aspiration Hc est la distance entre la surface libre du réservoir, à partir de laquelle le liquide est aspiré par la pompe, et l'axe de la roue (figure 6).
La hauteur d'aspiration admissible, à laquelle la pompe fonctionne sans modifier les principaux paramètres techniques,
.
Hauteur d'aspiration admissible (hauteur d'aspiration admissible tenant compte des pertes Sh sun)
L'évaluation des qualités de cavitation des pompes est réalisée sur la base des caractéristiques de cavitation obtenues par des essais sur des bancs spéciaux.
Méthodes expérimentales pour la détection et l'étude de la cavitation. La méthode la plus ancienne, mais toujours la plus répandue, est l'énergie. Son essence est la suivante. Sur un stand spécial ou dans des conditions de fonctionnement, lorsque la pompe fonctionne à une température constante et une alimentation en liquide fixe, la pression à l'aspiration est réduite. Parallèlement, à chaque étage de la pression d'aspiration p BC, les principaux paramètres de la pompe (Q, H, N, h) sont déterminés, puis la marge de cavitation en mètres de la colonne du liquide pompé Dh est calculée et les graphiques H = f (Dh), N = f (Dh) sont tracés.
Pour le début de la cavitation, on prend la valeur à laquelle la tête a diminué de 2%. Pour assurer un fonctionnement normal de la pompe, il est recommandé d'augmenter la hauteur d'aspiration minimale d'un facteur A, c'est-à-dire la marge de cavitation admissible est égale à Dh add = ADh cr.
Il est à noter que l'apparition de la cavitation ainsi déterminée est conditionnelle. En fait, la cavitation proprement dite commence à des valeurs de Dh dépassant significativement Dh cr, mais la sensibilité de la méthode ne permet pas de la déterminer. Plus précisément, l'apparition de la cavitation est déterminée par une modification des caractéristiques vibroacoustiques (par exemple, par le niveau général des vibrations). Il a été constaté que le changement des caractéristiques acoustiques se produit beaucoup plus tôt que les caractéristiques énergétiques, c'est-à-dire la méthode acoustique donne des informations plus précises sur le début de la cavitation.
Dans de nombreux cas, en particulier si la pompe fonctionne à des vitesses élevées (avec des vitesses d'écoulement relatives supérieures à 15 m / s), une usure érosive du matériau du chemin d'écoulement est possible, qui se manifeste dans le temps et ne peut pas être détectée par l'énergie ou méthode acoustique. Dans le même temps, la détermination des lieux d'érosion possibles est hautement souhaitable, car elle permet au concepteur dans de nombreux cas de prendre des mesures pour la réduire. Les zones d'érosion sont actuellement déterminées par des méthodes express. Pour ce faire, les surfaces carénées au jet sont recouvertes de revêtements de vernis facilement désintégrables à base de résines phénoliques et des tests de courte durée sont réalisés à un mode donné. Si des zones d'érosion ont lieu, alors la couche de revêtement est détruite. En modifiant la géométrie des surfaces profilées, il est possible d'obtenir une réduction des zones d'érosion ou leur élimination.
Une autre méthode d'étude de la cavitation est la méthode de visualisation, qui utilise la stroboscopie, la photographie et le tournage à grande vitesse et vous permet de présenter une image détaillée de l'apparition et du développement des phénomènes de cavitation.
Toutes ces méthodes se complètent et sont largement utilisées dans les travaux pratiques et de recherche.
Les pompes centrifuges à haute pression font partie intégrante des installations qui remontent l'eau à la surface à partir de prises d'eau souterraines. Ils sont également introduits dans les systèmes de plomberie ou de chauffage pour maintenir une pression stable dans le réseau.
Un équipement de ce type est indispensable, à la fois dans la vie quotidienne et dans la production, puis nous parlerons de ses avantages et de ses caractéristiques. En regardant la vidéo de cet article, vous découvrirez quelle est la hauteur d'aspiration admissible d'une pompe centrifuge, et sur quelle base elle est sélectionnée pour un puits ou un réseau.
Caractéristiques des pompes de surface
Un critère tel que la « hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge » n'est important que pour les modèles de surface qui doivent s'approvisionner en eau à longue distance. En fait, ce n'est pas une tâche facile. Après tout, si le niveau du liquide est en dessous de l'axe de son axe ?
Alors:
- Pour faire monter l'eau, il doit créer une dépression au niveau du tuyau d'admission, c'est-à-dire une pression absolue, qui, du fait de sa différence avec la pression atmosphérique, contribue à l'aspiration de liquide dans la chambre de travail. C'est ce qu'on appelle la tête à vide.
- Eh bien, les pales sont incluses dans le travail, qui, en tournant, projettent de l'eau au-delà de la périphérie de la roue, où se crée la pression nécessaire pour déplacer le flux vers le tuyau d'évacuation. Ici, un rôle important est joué par: la vitesse de rotation des pales, ainsi que la longueur de la canalisation d'aspiration - plus la longueur de la canalisation est longue, plus la perte de charge est importante. La même chose se produit dans la conduite de pression.
- Par conséquent, la clé du fonctionnement confortable de la pompe réside tout d'abord dans des calculs corrects des conduites d'aspiration et de refoulement. En raison des pertes de charge, la hauteur d'aspiration des pompes placées en surface ne dépasse pas neuf, et le plus souvent sept mètres. Les seules exceptions sont les modèles avec un éjecteur à distance, qui peuvent obtenir de l'eau à 25 mètres de son niveau. Il existe des modifications encore plus modernes pour lesquelles cette distance n'est pas la limite.
Dans ce cas, la puissance d'aspiration est augmentée en utilisant un système Venturi. L'utilisation d'une telle unité permet d'économiser sur la construction d'un puits dont le diamètre ne peut excéder trois pouces. Eh bien, pour une prise d'eau profonde, quoi qu'on en dise, est nécessaire.
Pompes cantilever
Cette version des pompes centrifuges peut à juste titre être considérée comme la plus populaire au monde. Le poids total des pompes cantilever, parmi tous les équipements de pompage produits, selon diverses estimations, varie de 55 à 70 %.
Tout d'abord, cela est dû à la simplicité de la conception, qui, néanmoins, est en avance sur les autres modèles dans ses capacités.
- Dans les pompes à console, qui sont marquées dans le marquage des lettres "K" et "KM", l'arbre du moteur est allongé, formant une console - d'où le nom. Il s'agit d'unités à arbre horizontal à un étage avec entrée unidirectionnelle.
- Une roue avec des pales est montée à l'extrémité de l'arbre et est reliée au moteur par un accouplement. Il n'est pas toujours possible de déterminer visuellement le type de pompe, car non seulement la roue, mais aussi le moteur lui-même dans les modèles domestiques, est souvent caché à l'intérieur du boîtier.
- À propos, la conception des pompes cantilever a également ses propres caractéristiques. Il ressemble à un tambour, à l'intérieur duquel deux disques tournent en biais. Il y a deux trous dans la cavité de la roue. L'un est situé au centre, à l'opposé du puits, et sert d'entrée pour l'écoulement de l'eau. Un autre trou est situé sur la partie périphérique - à travers lui, le liquide est drainé sous pression.
- Les pompes centrifuges haute pression, de type "KMP" (console, monobloc, surpresseur), sont utilisées dans l'habitat et les services collectifs. Ils sont utilisés pour augmenter la pression dans les systèmes de plomberie et pour fournir de l'eau aux bâtiments à plusieurs étages, où le manque de pression est le problème numéro un. Nous avons présenté une photo d'une telle pompe ci-dessus.
Le logement et les services communaux ne sont pas le seul domaine d'application des pompes cantilever. Ils sont très demandés dans les systèmes d'approvisionnement en eau industriels, dans l'agriculture, dans de nombreuses industries.
Par exemple, une pompe centrifuge haute pression conçue pour un usage industriel est capable de pomper jusqu'à 370 m3 d'eau par heure, tout en créant une chute de près d'une centaine de mètres.
Pompes verticales
Ayant abordé le sujet des équipements de pompage qui fournissent des indicateurs de haute pression, on ne peut pas ignorer et. Le plus souvent, ils ont une conception à plusieurs étages et, par conséquent, ont des caractéristiques de pression beaucoup plus élevées.
Alors:
- Dans la vie de tous les jours, les pompes à boîtier vertical sont utilisées pour fournir de l'eau à partir de prises d'eau souterraines (modèles submersibles), ainsi que dans les systèmes de drainage et d'irrigation (modèles semi-submersibles et de surface). Les pompes industrielles ont aussi souvent un arbre vertical - cela donne de grands avantages.
- Le fait est que les équipements alluviaux de production sont souvent localisés dans l'atelier, et l'installation de pompes verticales permet d'économiser de l'espace au sol utilisable. Au lieu d'une pompe horizontale, trois ou quatre pompes verticales peuvent tenir sur une seule fondation.
- A l'échelle industrielle, les pompes simples sont rarement utilisées. Il s'agit le plus souvent de stations de pompage qui combinent plusieurs pompes verticales, et un réservoir à membrane est un accumulateur hydraulique. De telles installations, où, en plus des pompes principales, il y a aussi des pompes de secours, sont très fiables et ont des capacités de fonctionnement élevées.
- Partout où ils ne sont pas utilisés : dans les systèmes d'incendie et de chauffage, pour l'assèchement et le drainage, dans les programmes de remise en état des terres et d'approvisionnement en eau des petites agglomérations. À l'aide d'une telle installation, il est possible de fournir la pression requise dans le système d'alimentation en eau d'un immeuble de grande hauteur.
- Une telle installation permettra d'avoir une pression d'eau stable dans une maison privée alimentée par le réseau principal, où la pression chute toujours aux heures de pointe. En effet, dans de nombreuses maisons, le chauffage est à l'eau, et lorsque la pression de l'eau est insuffisante, les batteries sont légèrement chaudes, et le chauffe-eau ne s'allume pas.
- Pour une petite maison dans laquelle vit une famille, il suffit d'une pompe. S'il s'agit d'une maison à deux ou trois étages, ou, par exemple, d'un chalet pour deux propriétaires, le problème peut s'avérer important même si l'alimentation en eau se fait à partir d'un puits individuel.
- Après tout, nos maisons regorgent aujourd'hui d'appareils électroménagers, dont le fonctionnement nécessite souvent une pression d'eau de 2,5 à 3 bars, ce qu'un réseau ordinaire ne peut pas toujours fournir. Après avoir installé une station pour deux ou trois pompes, vous pouvez non seulement oublier la mauvaise pression, mais aussi ne pas vous soucier du fait qu'en cas de panne de l'équipement, vous vous retrouverez sans eau.
Dans de telles installations, toutes les pompes ne fonctionnent pas en même temps - une est toujours en réserve. Dès que la pompe de travail s'attarde pendant dix secondes avec le démarrage, l'unité de réserve s'allume immédiatement à la place.
Pompes de surpression
La plupart des pompes verticales sont de type booster. Il s'agit d'un type de conception qui fournit à la pompe des conditions de fonctionnement similaires à celles d'un puits. Pour rendre cela possible, le corps de la pompe de surpression est placé dans un récipient cylindrique en acier galvanique ou en acier inoxydable rempli d'eau.
Ils sont connectés à l'aide d'un adaptateur à bride et sont centrés avec des boulons situés sur le périmètre extérieur. Une telle solution rend la structure exceptionnellement stable - une telle unité peut être positionnée verticalement ou horizontalement.
Avantages des boosters
Les pompes de ce type sont le plus souvent utilisées pour assembler des unités de pompage à des fins industrielles, car leurs performances et leur hauteur ne sont pas inférieures aux caractéristiques. Il est tout simplement impossible d'atteindre, par exemple, une chute de 800m à un débit de 1000m3/heure à partir d'une pompe de surface horizontale.
- De tels indicateurs, bien sûr, ne sont pas nécessaires partout. Mais dans les systèmes d'extinction d'incendie, les installations de surpression, il n'y a pratiquement pas d'alternative, car les bâtiments sont assez hauts, et il n'est pas toujours possible de s'en approcher lors d'un incendie. Dans de tels cas, c'est la grande pression qui sauve la situation.
- Les boosters sont également indispensables pour fournir de l'eau potable à des objets situés au-dessus du niveau de la mer, par exemple en montagne. Et, malgré le fait que le prix de telles installations soit assez élevé, pendant le fonctionnement, cela rapporte rapidement en raison de la consommation d'énergie économique.
Si nous comparons leurs coûts avec d'autres pompes de puissance similaire, les économies s'élèveront à pas moins de 50 à 55 %. L'utilisation de groupes de surpression pour alimenter en eau les installations en construction leur permet de réduire leur coût, car les ressources énergétiques constituent toujours la part du lion des coûts.
En prenant comme plan de comparaison le niveau de la surface libre du liquide dans le réservoir d'alimentation 0-0 (Fig. 6.18), on écrit l'équation de Bernoulli pour les sections 0-0 et 1-1 (la section 1-1 correspond à l'aspiration tuyau de la pompe):
où est la vitesse de déplacement du liquide dans la buse d'aspiration, est la perte de charge dans la conduite d'aspiration, est la hauteur de la conduite d'aspiration, est la pression du liquide dans la section 1–1. A partir de l'équation (6.36), nous déterminons la hauteur d'aspiration :
Comme le montre la formule (6.37), plus la hauteur d'aspiration de la pompe est petite, plus la hauteur d'aspiration de la pompe est élevée. Définissons la limite inférieure du changement.
Riz. 6.18. Ligne d'aspiration de l'unité de pompage
Si la pression s'avère inférieure à la pression de la vapeur saturée du liquide à une température donnée, c'est-à-dire , puis les vapeurs et les gaz qui y sont dissous commencent à se dégager du liquide. La formation intense de bulles peut entraîner la rupture du flux de fluide
avec formation d'un coussin de vapeur (gaz). Dans ce cas, la pompe arrête de pomper, le débit tombe à zéro.
Supposons qu'il n'y ait pas de rupture dans l'écoulement, le liquide pénètre dans la région des pressions plus élevées lorsqu'il se déplace avec des bulles de vapeur (gaz).
Lorsqu'il y a une condensation instantanée des vapeurs liquides. Le liquide pénètre instantanément dans les vides formés lors de la condensation des bulles, ce qui entraîne de nombreux petits chocs hydrauliques. Ce processus est appelé cavitation. L'augmentation de pression locale peut atteindre 100 MPa.
En raison de la cavitation, les événements suivants peuvent se produire :
- diminuer, et ;
- arrêt complet de l'alimentation - rupture d'écoulement ;
- la survenue de vibrations, de chocs, de bruits ;
- destruction mécanique des surfaces dures de la pompe.
La cavitation dans une pompe centrifuge est très probable
dans la cavité d'aspiration de la pompe. Pour éviter la cavitation, il est nécessaire que.
Déterminons la hauteur d'aspiration maximale de la pompe en prenant :
La hauteur d'aspiration admissible peut être déterminée en tenant compte de la hauteur d'aspiration :
Les valeurs de la hauteur libre de cavitation sont données dans les catalogues.
par les pompes et dans le passeport de la pompe.
La hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge pour l'eau dans des conditions normales est = 6-7 m.
Pompes axiales
Roue de travail 1
lors de la rotation dans le boîtier 2
imprime un mouvement dans la direction axiale au fluide. Dans ce cas, le flux est quelque peu tordu. Pour convertir le mouvement de rotation de l'écoulement en translation
une aube de guidage fixe 3 est installée dans le corps de pompe (Fig. 6.19). Les aubes de la turbine sont réalisées sous la forme d'une vis.
Lorsque la roue tourne dans le flux de fluide, une différence de pression se produit des deux côtés de chaque aube. Forces de pression de la lame
un mouvement forcé de rotation et de translation du fluide sera créé par flux, augmentant sa pression et sa vitesse, c'est-à-dire l'énergie mécanique de l'écoulement du fluide.
Les pompes axiales sont utilisées pour les débits élevés (des dizaines de mètres cubes par seconde) et les faibles chutes (5 à 20 m).
La hauteur manométrique théorique d'une pompe axiale, comme pour une pompe centrifuge, est déterminée par l'équation d'Euler (6.25) :
Riz. 6.19. Schéma de la pompe axiale
Considérez les triangles de vitesses à l'entrée du liquide dans la roue (Fig. 6.20, une) et en sortie (fig. 6.20, b).
une)b)
Riz. 6.20. Triangles de vitesse pour la roue d'une pompe à écoulement axial
La vitesse de rotation circonférentielle (portable), comme vous le savez, est déterminée par la formule :
où w est la vitesse angulaire de rotation. La vitesse périphérique à l'entrée des roues et à la sortie sera la même, c'est-à-dire ... On peut donc écrire :
C'est l'équation de base pour une pompe à débit axial. Il montre que la valeur de la hauteur manométrique d'une pompe axiale est proportionnelle au produit de la vitesse périphérique et de la variation de la composante de la vitesse d'écoulement absolue dans le sens du mouvement de transfert de l'écoulement.
A partir des triangles de vitesse, nous déterminons et :
Les valeurs et peuvent être déterminées à partir de l'équation de continuité :
où r est la densité du liquide, est la section transversale de la pompe axiale à l'entrée et à la sortie :. Ensuite, nous obtenons cela.
En tenant compte de (6.41) et (6.42), l'équation (6.40) peut être réécrite comme :
D'après l'équation (6.43), pour créer une tête, il faut qu'elle soit inférieure. Plus la différence entre et est grande, plus la torsion de la lame est importante. Les aubes de la roue doivent être profilées de manière à ce que l'amplitude de la tête le long du rayon soit constante, c'est-à-dire les valeurs et le rayon sont différents. En d'autres termes, la torsion radiale de la pale doit changer de sorte qu'elle ne change pas radialement.
La hauteur manométrique réelle d'une pompe à débit axial peut être déterminée par la formule :
Voici l'efficacité de la pompe, qui est déterminée par la formule :
|
où j, est le rendement hydraulique de la pompe, est le rendement mécanique de la pompe, en tenant compte des pertes d'énergie dues au frottement dans les joints, les roulements et le frottement des disques. En général, ils prennent :
Le coefficient j peut être déterminé à partir de l'équation d'écoulement :
où est le débit volumétrique de la pompe. En prenant, on obtient :
Par rapport aux pompes centrifuges, les pompes à débit axial se distinguent par leur simplicité de conception et leurs dimensions réduites avec les mêmes performances. Leur inconvénient est la hauteur d'aspiration limitée. Il est connu que plus la capacité de la pompe est élevée, plus le risque de cavitation est important. Pour éviter la cavitation dans ce cas, la hauteur d'aspiration ne doit pas dépasser 1 à 2 m.
Pompes à vortex
La pompe vortex (Fig.6.21) se compose d'une turbine 1
avec pales radiales courtes et corps fixe 2
équipé d'une aspiration 3
et pression 4
buses. Le boîtier a un canal de purge concentrique, qui est interrompu par un pont qui sert d'étanchéité entre les aubes de refoulement et d'aspiration.
Dans une pompe vortex, une séparation hermétique des conduites d'aspiration et de refoulement n'est pas assurée, c'est-à-dire la pompe est à débit continu comme toutes les pompes à palettes.
Dans les pompes vortex, la force centrifuge est utilisée plusieurs fois. Par conséquent, la tête créée par eux est 4 à 5 fois plus élevée que la tête des machines centrifuges avec la même vitesse périphérique.
Les forces centrifuges provoquent un écoulement continu de fluide
des canaux inter-aubes au canal de dérivation concentrique. Du fait de la continuité de l'écoulement, le liquide s'écoule en continu dans les canaux inter-aubes depuis le canal de dérivation. Pendant le passage de toute la longueur du canal de dérivation, le liquide pénètre plusieurs fois dans les canaux entre les lames
et à chaque fois il reçoit une nouvelle impulsion de la roue. Dans ce cas, le liquide effectue un mouvement hélicoïdal tortueux complexe.
Riz. 6.21. Schéma de la pompe à vortex
Dans les pompes vortex, l'efficacité interne du processus de travail est déterminée. La valeur est calculée comme le rapport de la puissance théorique nette à la puissance théorique dépensée par la roue. En plus des pertes internes inhérentes au processus de transfert d'énergie de la roue au flux et estimées par le rendement interne, dans les pompes vortex, il existe des pompes volumétriques, hydrauliques
et les pertes mécaniques. Les pertes volumétriques sont dues au débordement de liquide à travers les ponts.
Les pertes d'énergie hydraulique sont dues au frottement
et la formation de vortex lors du mouvement de translation du liquide le long du canal de sortie. Pertes mécaniques - pertes d'énergie dues au frottement dans les joints d'huile, les roulements et le frottement sur les surfaces de travail de la roue dans le fluide.
De telles pertes d'énergie importantes conduisent au fait que dans les conditions les plus favorables pour les pompes vortex, le rendement global de la machine ne dépasse pas 50%.
En figue. 6.22 montre les caractéristiques de la pompe vortex. Tête de pompe H dépend moins du débit que pour une pompe centrifuge. Si la composante circonférentielle de la vitesse du fluide dans le canal de sortie est égale à la vitesse circonférentielle de la roue, alors le fluide dans la roue
et le canal tourne dans son ensemble avec la même vitesse périphérique.
Riz. 6.22. Caractéristiques de la pompe Vortex
Il n'y a pas d'interaction forte du flux de fluide dans la roue et dans le canal, les tourbillons longitudinaux ne se produisent pas, et la tête du processus de travail du tourbillon, en même temps.
Pour ce cas, vous pouvez écrire :
Le débit de la pompe est déterminé par la formule :
Vitesse d'avance c varie au sein c = 0,50–0,65.
Par rapport à une pompe centrifuge, une pompe vortex est plus compacte, sa conception est plus simple et moins chère. Les pompes Vortex sont auto-amorçantes. Ils peuvent fonctionner sur un mélange de gaz et de liquide.
Dans une pompe vortex, un changement de hauteur a moins d'effet sur le débit que
en centrifuge, comme en témoigne la caractéristique raide (Fig. 6.22).
Les pompes à vortex sont généralement utilisées lorsqu'il est nécessaire de créer une grande hauteur manométrique à faible débit.
Dans les pompes vortex, le liquide est fourni à la roue
à sa périphérie, c'est-à-dire dans la zone à grande vitesse. Par conséquent, la possibilité de cavitation est très élevée. La cavitation peut être évitée en augmentant la pression à l'entrée de la roue vortex.
Pour ce faire, installez une roue centrifuge supplémentaire sur l'arbre de la pompe vortex. L'utilisation d'une roue centrifuge en amont permet d'augmenter considérablement la vitesse du fluide à l'entrée
dans la roue vortex et obtenir une pression plus élevée de la roue vortex
et la pompe dans son ensemble. L'efficacité d'une pompe vortex centrifuge est supérieure à celle d'une pompe vortex pure. Si les pompes à vortex les plus courantes ont un rendement de 33 à 35 %, alors pour les pompes à vortex centrifuges, il est de 50 à 65 %.
Les performances des pompes vortex sont contrôlées en étranglant le débit à la sortie ou en modifiant le nombre de tours.
Pompes à piston
Parmi les pompes volumétriques, les plus courantes sont les pompes à piston.
En figue. 6.23 montre un schéma d'une pompe à piston à simple effet. Il se compose d'un piston 1
avec des actions 3
se déplaçant réciproquement à l'intérieur du cylindre 2
et deux vannes - aspiration 4
et injection 5
... Le tuyau d'aspiration est relié au fond du corps de pompe 6
, d'en haut - injection 7
.
Le mouvement alternatif du piston avec la tige est créé par l'entraînement. L'entraînement peut être : une machine à vapeur (pompes à action directe), des mécanismes à manivelle, un excentrique ou un engrenage à cames. Pensez aux travailleurs
processus de la machine. du cylindre, c'est-à-dire l'injection se produit. La pression dans la cavité augmente fortement et le pompage commence immédiatement au début de la course de pompage.
Montré dans la fig. 6.23 la machine effectue une aspiration et un pompage en un tour de vilebrequin
et s'appelle une machine à simple action. La course du piston est indiquée par.
Les schémas des pompes à pistons doubles, triples et quadruples sont illustrés à la Fig. 6.24.
La pompe à double effet, en un tour de vilebrequin, effectue deux processus d'aspiration, deux - refoulement vers la ligne commune; pompes à triple action - trois, quadruple - quatre.
une) b) v) g)
Riz. 6.24. Schémas des pompes à pistons : une, b- double jeu;
v- triple action; g- quadruple action
Les caractéristiques de la pompe peuvent être clairement représentées
sur le schéma indicateur théorique montrant l'évolution de la pression dans le cylindre en fonction de la position du piston lorsque la machine est en marche (Fig. 6.25).
Pour d'autres motifs :
- par l'emplacement de l'axe du cylindre (horizontal et vertical) ;
- selon la conception du piston (disque, différentiel,
avec un piston traversant - avec une vanne dans le corps du piston, plongeur);
- par pression (faible - jusqu'à 1 MPa, moyenne - jusqu'à 2 MPa, élevée - supérieure à 2 MPa);
- par productivité (petite - jusqu'à 4 · 10 -3 m 3 / s, moyenne -
jusqu'à 15 · 10 –3 m 3 / s, grand - plus de 15 · 10 –3 m 3 / s).
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La hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge ne peut pas dépasser la colonne de liquide théorique, égale en pression à 1 at.
La hauteur d'aspiration des pompes centrifuges est relativement plus élevée que celle des pompes à piston, en raison de l'absence de pertes pour vaincre les forces d'inertie. Cependant, pour que la pompe centrifuge aspire du liquide, la conduite d'aspiration et la pompe doivent être inondées de liquide avant d'être mises en service.
| Pompe centrifuge 6NDV. |
La hauteur d'aspiration des pompes centrifuges est de 3 5 - 4 5 m CE. Art. Cependant, il convient de garder à l'esprit que la pompe centrifuge au moment du démarrage ne peut pas fournir d'aspiration de liquide et, par conséquent, avant le démarrage, la canalisation d'aspiration et la pompe doivent être remplies du liquide pompé. Pour retenir le liquide dans la canalisation d'aspiration après l'arrêt de la pompe, un clapet anti-retour est installé à l'extrémité de la canalisation.
| Pompe immergée. |
Étant donné que la hauteur d'aspiration des pompes centrifuges est de 2 à 5 m, dans le cas de leur utilisation, il est nécessaire d'installer des puits enterrés (jusqu'à 10 m) pour l'installation des pompes.
Ce qui détermine la hauteur d'aspiration des pompes centrifuges.
Cette équation montre que la hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge, ainsi que d'une pompe à piston, dépend du débit de fluide et des résistances sur la ligne d'aspiration, ainsi que de la température du liquide pompé.
Les élévateurs hydrauliques peuvent être utilisés pour augmenter la hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge. A cet effet, ils sont installés sur la conduite d'aspiration, après la vanne d'admission, et de l'eau leur est fournie par le tuyau de refoulement de la pompe. La quantité d'eau fournie est d'environ 15 % de la capacité de la pompe. Dans ce cas, la capacité de l'ascenseur hydraulique doit être égale à la capacité de la pompe.
L'installation, dont le schéma est illustré à la Fig. 5.1, b, est également destiné au pompage de liquide par une pompe située à la surface de la terre à partir d'une profondeur dépassant la hauteur d'aspiration métrique admissible d'une pompe centrifuge.
La plus courante est celle représentée sur la fig. 6.4, une. Dans ce cas, l'éjecteur, pour ainsi dire, augmente la hauteur d'aspiration de la pompe centrifuge. I), et une pompe centrifuge avec un rendement plus élevé fournit de l'eau à la hauteur du YaSY YaG. Il est similaire au premier schéma, mais prévoit l'installation d'une pompe dite à double flux - une pompe à plusieurs étages avec prélèvement d'eau à un étage intermédiaire.