Le fonctionnement des pompes comprend deux processus : l'aspiration et le refoulement. Une pompe de tout type est caractérisée par les paramètres suivants : hauteur d'aspiration, hauteur de refoulement, hauteur totale, débit, puissance et rendement global (rendement).
Tête d'aspiration.
Distinguer hauteur d'aspiration théorique, vide et géométrique (pratique).
La montée d'eau dans le tuyau d'aspiration de la pompe se produit sous l'influence de la différence de pression atmosphérique et de pression (vide) dans la pompe elle-même. Par conséquent, la théorie Aspirateur pompe (H t) égale à la 1ère atmosphère et une composante de 10,33 mètres de colonne d'eau, soit 760 mm. colonne de mercure, soit 1 kgf/cm 2 , soit 10 5 Pa est pratiquement inaccessible. Améliorant la conception et les matériaux de la pompe, sa hauteur d'aspiration peut être rapprochée de la valeur de Ht.
La hauteur d'aspiration métrique du vide (H in) est la quantité de vide créée par la pompe et, au sens énergétique, c'est l'énergie, exprimée en mètres, dont le liquide a besoin pour monter jusqu'à la hauteur d'aspiration. H in dépend, en règle générale, de la puissance de la pompe, créant un vide et est mesuré en mètres de colonne d'eau. Les lectures du vacuomètre installé sur la pompe correspondent à la hauteur de dépression. Pour une pompe à incendie de la série PN-40 et ses analogues H v = 8 m Eau. Art.
La hauteur d'aspiration géométrique (pratique) H g est la différence de repères entre la surface de l'eau et l'axe de la pompe. La hauteur d'aspiration géométrique dépend des valeurs et des grandeurs de plusieurs paramètres :
La pression atmosphérique a un effet direct sur la valeur de g, qui change sensiblement en fonction de l'altitude au-dessus du niveau de la mer. Par exemple, à une altitude de 0 m, la pression atmosphérique est de 10,33 m Eau. Art., et à une altitude de 2000 m - 7,95 m d'eau. Art.
H g dépend fortement de la pression de vapeur du fluide aspiré. La pression de vapeur saturée est la pression à laquelle un liquide bout à une température donnée (on parle d'une pression de liquide inférieure à la pression atmosphérique). La pression de vapeur et donc la hauteur d'aspiration dépendent fortement de la température et du type de liquide pompé. On sait qu'avec une pression décroissante, le point d'ébullition d'un liquide diminue. Si la pression d'aspiration (elle est naturellement inférieure à l'atmosphérique) P BC est inférieure à la pression de vapeur saturée du liquide d'aspiration P n, alors de la vapeur va commencer à se former et la pompe va caler.
Ainsi, une condition préalable au fonctionnement normal de la pompe est :
Pn< Р вс < Р атм
Par exemple, à une température de l'eau de 100 ºС Р n = Р atm = 1 kg / cm 2 (10 m. Colonne d'eau), et à une température de l'eau de 20 ºС Р n = 0,024 kg / cm 2 (0,24 m. Eau Art.), donc plus la température du liquide est élevée, plus il est difficile de le prélever avec une pompe. Associé à ce phénomène cavitation- le processus de formation de bulles d'air dans un liquide. Lors de la cavitation, il se produit une auto-ébullition du liquide, les bulles de vapeur sont emportées par le flux en mouvement et, rencontrant les surfaces solides du carter et de la roue, sont détruites ("effondrement"). Dans ce cas, beaucoup d'énergie sera libérée, ce qui endommagera les surfaces de la cavité interne de la pompe et même en cas d'exposition prolongée (phénomène d'érosion par cavitation). La cavitation s'accompagne de bruits et de craquements à l'intérieur de la pompe. Afin d'éviter une usure prématurée des pièces de travail de la pompe, son fonctionnement en mode cavitation n'est pas autorisé.
Des phénomènes de cavitation peuvent se produire lorsque la pompe fonctionne avec une grande hauteur d'aspiration géométrique. Par conséquent, la hauteur d'aspiration doit être telle que la cavitation ne soit pas possible.
La hauteur d'aspiration maximale admissible peut être déterminée à l'aide de la formule :
où : P n - pression de vapeur saturée ;
est la gravité spécifique du liquide ;
h soleil - perte de charge dans la canalisation d'aspiration ;
La valeur de la marge de cavitation est fixée de manière à ce qu'il n'y ait pas de chute significative de la tête, et le taux d'érosion par cavitation soit limité. Par exemple, pour les pompes de la série PN-40, la réserve de cavitation est de 3 m.
Des phénomènes de cavitation peuvent également se produire à des débits élevés de la pompe, en raison d'une diminution de la pression (augmentation du vide) à l'entrée de la pompe. Par conséquent, lorsque la cavitation se produit, il est nécessaire de réduire le débit de la pompe.
Enfin, la hauteur d'aspiration géométrique dépend de la perte de charge dans la conduite d'aspiration ou de la résistance à surmonter dans la conduite d'aspiration.
h soleil = S · Q 2,
où : S est la résistance de la conduite d'aspiration ;
Q - débit de la pompe.
De tout ce qui a été dit, il résulte que la hauteur d'aspiration géométrique (pratique) H g est déterminée par l'expression :
H g = H in - h soleil - h pp - h r.atm,
où : H in - hauteur d'aspiration à vide ;
h soleil - perte de charge dans la conduite d'aspiration ;
h рп - perte de charge thermique (pression de vapeur saturée);
h r.atm - pertes de charge en fonction de la hauteur du terrain au-dessus du niveau de la mer.
Par exemple, pour une pompe à incendie de la série PN-40 N, le g ne dépasse pratiquement pas 7 m en fonctionnement dans des conditions normales, c'est-à-dire. à pression atmosphérique P atm = 1 kg/cm 2 (10,33 m. de colonne d'eau) et une température d'eau de 20°C.
En règle générale, la hauteur d'aspiration admissible est indiquée par les fabricants de pompes dans les fiches techniques des produits.
Hauteur de décharge.
Distinguer les hauteurs de livraison géométriques et de jauge.
La hauteur de refoulement géométrique est la distance verticale en mètres entre l'axe de la pompe et le point de refoulement le plus élevé H n.
La pression manométrique est la pression créée par la pompe N man. La hauteur manométrique (lecture du manomètre) est toujours supérieure à la hauteur géométrique (point de refoulement réel du fluide) en raison des pertes qui en résultent dans la conduite de pression.
H homme = H n + h n,
où : h n - perte de charge dans la conduite de pression, h n = S · Q 2;
S - résistance de la ligne de pression ;
Q - débit de la pompe.
Théoriquement, il n'y a pas de limites pour la hauteur de refoulement, mais en pratique, elle est limitée par la résistance des pièces individuelles des pompes et des canalisations, ainsi que par la puissance des moteurs d'entraînement des pompes.
Pleine pression.
La hauteur manométrique totale développée par la pompe H est utilisée pour soulever le liquide, surmonter les résistances dans les conduites d'aspiration et de refoulement et créer une hauteur manométrique libre.
H = H g + h soleil + h n + H sv
où : H g - hauteur géométrique de la montée d'eau (m) ;
h soleil + h n - pertes de charge dans les conduites d'aspiration et de refoulement (m);
H sv - tête libre (m).
En pratique, la hauteur manométrique totale développée par la pompe est estimée à partir des lectures du manomètre et du vacuomètre.
Alimentation par pompe.
Le débit de la pompe est la quantité de liquide pompée par la pompe par unité de temps. Distinguer débit massique (kg/s) et débit volumétrique (m 3 /min ou l/s). Le plus souvent, l'alimentation des pompes à incendie est indiquée en unités volumétriques : m 3 / min ou l / s.
Il existe une relation entre la quantité de liquide entrant dans la pompe Q 1 et le liquide sortant de la pompe Q 2 :
Q 1 = Q 2 + Q y,
où : Q y - fuite de fluide volumétrique à travers les joints d'étanchéité.
Puissance de la pompe.
Les organes de travail de la pompe pendant le fonctionnement transfèrent de l'énergie au flux de fluide. Cette énergie est fournie par le moteur.
Pour une évaluation correcte des performances énergétiques du moteur unité de pompage il faut distinguer entre puissance utile (efficace) et puissance consommée.
La puissance utile (efficace) (Ne) de la pompe se met au travail pour déplacer un certain volume de liquide Q jusqu'à la hauteur H et est déterminée par la formule.
 |
où: ρ - densité du liquide, kg/m 3 ;
g - accélération de la gravité, m / s 2;
Q - débit de la pompe, m 3 / s;
Н - tête de pompe, m.
La puissance consommée par la pompe est toujours supérieure à la puissance utile, car une partie de l'énergie est dépensée en pertes mécaniques, hydrauliques et volumétriques dans la pompe. La puissance absorbée est appelée puissance N fournie aux parties actives de la pompe. Il est déterminé par la formule :
où : М - couple sur l'arbre de la pompe (moteur), N m ;
ω - vitesse angulaire de rotation de l'arbre, s -1.
Efficacité totale de la pompe.
Lorsque l'énergie est transférée de la pompe au liquide pompé, des pertes d'énergie volumétriques, hydrauliques et mécaniques se produisent
Efficacité volumetrique.
On sait que le débit réel de la pompe est toujours inférieur au débit théorique, c'est-à-dire la quantité de liquide sortant de la pompe est toujours inférieure à la quantité de liquide entrant dans la pompe. Cela est dû à:
§ infiltration de fluide à travers les joints, les vannes et les pistons, le degré de fuite dépendant de la précision et de l'état de fabrication détails spécifiés pompe;
§ ouverture et fermeture tardives des vannes ;
§ la présence d'air dans le liquide.
La valeur du rendement volumétrique caractérise le degré d'étanchéité de la pompe, et est déterminée par la formule :
où : H est la hauteur manométrique réelle (développée) de la pompe ;
ΔН - pertes de charge pour vaincre les résistances à l'intérieur de la pompe ;
Н + ΔН - hauteur manométrique théorique.
Efficacité mécanique.
L'efficacité mécanique est la perte de puissance par friction dans les roulements, les joints d'arbre, etc. La valeur de l'efficacité mécanique caractérise la qualité de fabrication et la rationalité de la conception des roulements, bagues d'étanchéité (manchettes) et autres ensembles où se produisent des frottements de pièces.
L'efficacité mécanique est déterminée par la formule :
Les pré-requis techniques aux unités de pompage des camions de pompiers
En raison des particularités de fonctionnement, les exigences de base suivantes sont imposées aux unités de pompage des camions de pompiers :
§ petit dimensions et la masse, qui est nécessaire pour l'utilisation rationnelle de la capacité de charge et du volume de la caisse du camion de pompiers ;
§ une grande fiabilité, y compris lors de travaux sur des eaux polluées ;
§ disponibilité constante au travail;
§ propriétés de cavitation élevées;
§ une forme plate de la caractéristique de pression, c'est-à-dire un léger changement de la hauteur manométrique de la pompe dans la plage de débit de zéro au maximum à vitesse constante - une réduction significative de la pression);
§ cohérence des paramètres pompe et moteur, faute de quoi les paramètres pompe ne peuvent pas être mis en œuvre sur un camion de pompiers ;
§ le temps minimum pour remplir la canalisation d'aspiration et pomper avec de l'eau avant de commencer à utiliser le système de vide (pas plus de 40 s. À partir d'une hauteur d'aspiration géométrique d'au moins 7,5 m);
§ simplicité et facilité de contrôle du groupe de pompage ;
§ la possibilité d'un fonctionnement continu à long terme en mode maximum dans la plage spécifiée de températures ambiantes (la conception des pompes à pression normale doit assurer leur fonctionnement continu en mode nominal pendant au moins 6 heures, les pompes haute pression- au moins 2 heures) ;
§ accès gratuit pour Maintenance, sa simplicité et sa praticité (l'absence d'éléments nécessitant un réglage périodique, le nombre minimum de points de graissage et d'évacuation d'eau, la possibilité de démontage partiel des unités directement sur le camion de pompiers) ;
§ faible niveau sonore et aucune vibration pendant le fonctionnement (niveau sonore moyen, pompé lors du fonctionnement en mode nominal, il ne doit pas dépasser 85 dB.);
§ l'utilisation des mêmes qualités d'huiles et de graisses que celles utilisées pour les unités et les assemblages du châssis d'un camion de pompiers.
Les camions de pompiers sont généralement équipés de pompes centrifuges. Cela est dû au fait que les pompes centrifuges ont un certain nombre de mérites importants: uniformité d'approvisionnement en agents extincteurs (fourniture sans pulsations) ; la capacité de travailler "pour soi" (c'est-à-dire lorsque la buse d'incendie est bloquée, le tuyau d'incendie est bouché ou le tuyau d'incendie est plié, le système d'alimentation en eau ne surpresse pas), la facilité de contrôle et de maintenance de la pompe pendant le fonctionnement sur les feux.
Il est important pour les camions de pompiers que les pompes centrifuges ne nécessitent pas un entraînement complexe du moteur et que leurs dimensions et masses soient relativement petites.
Dans le même temps, les pompes centrifuges présentent également un certain nombre d'inconvénients, dont le plus important est qu'elles ne sont pas auto-amorçantes - elles ne fonctionnent qu'après avoir pré-rempli la conduite d'aspiration et pomper avec de l'eau. Cet inconvénient est compensé par des dispositifs qui permettent de remplir les conduits d'aspiration et la cavité de la pompe à partir des réservoirs. De plus, des pompes auxiliaires sont installées sur les camions de pompiers pour remplir d'eau la cavité du tuyau d'aspiration et le boîtier de la pompe. À cette fin, des pompes à jet de gaz, rotatives, à piston et autres sont utilisées. Les pompes auxiliaires fonctionnent pendant une courte période, uniquement lorsque la pompe centrifuge est allumée. L'installation de telles pompes complique la conception de l'unité de pompage, nécessite un dispositif d'entraînement supplémentaire pour leur fonctionnement.
Caractéristiques de pression et d'énergie d'une pompe centrifuge détermine la dépendance de la pression, de la consommation d'énergie et de l'efficacité. de l'alimentation de la pompe. Ces dépendances sont représentées graphiquement par les courbes Q – H, Q – N et Q-η à fréquence de rotation constante de la roue de la pompe n (voir Fig. 3.7).
Les caractéristiques de pression et d'énergie sont construites comme suit. En ajustant le degré d'ouverture du robinet-vanne sur la buse de refoulement, à fréquence de rotation constante de l'arbre de pompe, on obtient différentes valeurs du débit Q. Chaque valeur de Q correspond à la hauteur manométrique H, puissance N et Efficacité. pompe. Ensuite, sur l'axe des abscisses, les valeurs d'alimentation sont tracées sur l'échelle acceptée, et les valeurs obtenues de H, N et sont tracées sur l'axe des ordonnées. Les points résultants sont reliés par des lignes lisses. Le graphique des caractéristiques Q-η (voir Fig. 3.7) montre que
 |
la valeur maximale de K.P.D. (point A) correspond à un certain débit Q A et hauteur manométrique H A. Le point A est dit optimal et correspond au mode de fonctionnement optimal de la pompe.
L'influence de la vitesse de la roue sur les paramètres de fonctionnement d'une pompe centrifuge se manifeste comme suit.
Le débit de la pompe centrifuge change proportionnellement à la vitesse de la roue : Q 1 / Q 2 = n 1 / n 2.
La hauteur manométrique développée par la pompe change proportionnellement au carré de la vitesse de la roue : Н 1 / Н 2 = (n 1 / n 2) 2.
La puissance consommée par la pompe varie proportionnellement au cube de la vitesse de la roue : N 1 / N 2 = (n 1 / n 2) 3.
Conférence6
Cavitation dans les pompes à palettes
Des questions: 1. Le concept de cavitation. Causes de son apparition et mesures préventives
2. Hauteur d'aspiration admissible
3. Essais de cavitation
1. Le concept de cavitation. Causes de son apparition et mesures préventives
La cavitation est un processus consistant à perturber la continuité d'un écoulement de liquide, qui commence dans les zones où la pression chute à un niveau critique (pression de vaporisation) et se termine dans les zones où la pression est supérieure à la pression critique. Dans les endroits à pression réduite, le liquide bout, entraînant la formation de bulles de gaz libérées de l'eau. Ces bulles, tombant dans une zone de surpression, s'effondrent, des particules liquides s'engouffrent dans des microvides et, se heurtant les unes aux autres, provoquent des chocs hydriques locaux. Le gaz se dissout à nouveau dans l'eau et les particules liquides, remplissant les microvides situés sur les parois du trajet d'écoulement de la pompe, heurtent le métal, ce qui entraîne sa destruction. Ainsi, le phénomène de cavitation nuit au fonctionnement de la pompe, la rendant instable et détruisant le groupe de pompage.
La cavitation peut être profil résultant d'un profil incorrectement délimité du chemin d'écoulement, encoché résultant de défauts de conception, et rugueux, qui résulte d'une rugosité excessive des parois du trajet d'écoulement de la pompe. Ceci est contrôlé par les concepteurs et le fabricant.
Pendant le fonctionnement de la pompe, la cavitation peut se produire pour les raisons suivantes :
1) hauteur d'aspiration élevée, c'est-à-dire la pompe est installée à grande distance de l'eau ;
2) faible pression atmosphérique à la surface de l'eau ;
3) température élevée du liquide pompé ;
4) résistances élevées dans le tuyau d'aspiration en raison de son diamètre mal choisi ou en raison de sa grande longueur et de sa résistance locale ;
5) fuites dans la conduite d'aspiration.
La principale précaution contre la cavitation est la sélection correcte de la tête d'aspiration géométrique.
Mesures complémentaires : augmentation de la pression à la surface de l'eau en aval, abaissement de la température du liquide, réduction de la longueur des tuyaux d'aspiration, etc.
2. Hauteur admissible succion
Il s'agit de la hauteur de l'installation de pompage par rapport au niveau d'eau en aval, au-dessus duquel se produit la cavitation. Par conséquent, la pompe doit être installée avec une hauteur d'aspiration géométrique qui doit être inférieure à celle admissible, c'est-à-dire
h v h v ajouter . (5.1)
Auparavant, une formule pour la tête à vide était obtenue :
H vac = H v.p. + V à 2 / 2g. (5.2)
Ici H v.p = h v + h T. v. , (5.3) où H c.p. - hauteur d'aspiration géométrique réduite,
h in - hauteur d'aspiration géométrique, h t.v. - perte de charge dans la canalisation d'aspiration, V in - vitesse dans la canalisation d'aspiration.
A partir de la formule (5.2) on exprime H c.p.
H. p. = H vac - V en 2 / 2g et on introduit des corrections dans l'expression résultante, en tenant compte des conditions de fonctionnement de la pompe (température de l'eau, pression à sa surface). On obtient la hauteur d'aspiration géométrique réduite admissible
N vice-président ajouter = H vide ajouter -V v 2 / 2g - h n.zh. - (H une -H b ) . (5.4)
Dans l'expression obtenue : N vac dop - pression de vide admissible, après quoi la cavitation se produit à une température de 18 o C. Déterminée sur la base des tests de cavitation de la pompe ; h p.zh. - pression en mm Hg. colonne, après quoi le liquide bout à une température donnée, c'est-à-dire
h p.zh. = (à 0 C); H a et H b - pression atmosphérique normale et pression barométrique réelle à la surface de l'eau.
Si nous substituons la valeur de H v.p add dans la formule (5.3) et exprimons h in à partir de celle-ci, alors nous obtenons la formule par laquelle la hauteur d'aspiration géométrique admissible est déterminée, c'est-à-dire
h v ajouter = H vice-président ajouter -h LA TÉLÉ. . (5.5)
Ici, la hauteur de vide admissible réduite d'aspiration H vp dop est déterminée par la formule (5.4), dans laquelle il est nécessaire de connaître H vac dop, et cette dernière est déterminée sur la base d'essais de cavitation. En leur absence, H vp. extra est déterminé par la formule de Tom :
H. p. ajouter = H et -h p.zh. + V en 2 / 2g - H,
où est la réserve de cavitation, est la hauteur de refoulement,
Coefficient de cavitation, déterminé par la formule de Rudnev :
pour les pompes avec entrée unidirectionnelle = 216 n s 4/3 / 10 6;
pour pompes à double entrée = 136 n s 4/3 / 10 6.
Toutes ces recommandations s'appliquent aux pompes à débit centrifuge et axial. Récemment, cependant, une méthode légèrement différente de calcul de la hauteur d'aspiration admissible a été introduite dans la pratique, qui sera discutée ci-dessous.
3. Essais de cavitation
Les tests de cavitation sont effectués en circuits ouverts ou fermés. Leur but est de fournir des données pour le calcul de la hauteur d'aspiration admissible. Lors de tests en circuit ouvert (ils seront effectués lors de travaux de laboratoire), les valeurs de H vac dop sont obtenues, en fonction du débit, qui sont appliquées à la caractéristique de la pompe. La courbe H vac dop = f (Q) est appelée caractéristique de cavitation pompe.
L'essai en circuit fermé est généralement effectué sur des pompes à flux axial. Le schéma d'installation est illustré à la Fig. 5.1.
Graphique 5.1. Circuit fermé
essais de cavitation
Ici, la cavitation est provoquée par une diminution progressive de la pression par une pompe à vide (VH) dans le réservoir, qui est l'aval de la pompe testée. À la suite des tests, la valeur de la réserve de cavitation h add est obtenue, qui est déterminée par la formule
h = H a - H vac + V en 2 / 2g, (5.6)
où H a est la pression atmosphérique normale, H vac est la lecture du vacuomètre installé sur le tuyau d'aspiration de la pompe.
Leurs valeurs, en fonction du débit, sont tracées sous forme de courbes sur la caractéristique dimensionnelle universelle. Des courbes sont appliquées à la caractéristique sans dimension, converties en coefficients sans dimension :
К h = h / n 2 D 2 et К Q = Q / n D 3.
Dans ce cas, la hauteur de dépression admissible réduite H vac dop d'aspiration est déterminée par la formule
N vac ajouter = N a - h p.zh. - h. (5.7)
Par conséquent, lors du calcul de la hauteur d'aspiration admissible selon la formule (5.5), la valeur de H vac dop, déterminée par la formule (5.7), y est substituée. Le reste du calcul est le même.
Après avoir déterminé la hauteur d'aspiration admissible selon l'une des méthodes décrites ci-dessus et en prenant la hauteur d'aspiration géométrique selon la condition (5.1), il est possible de déterminer l'élévation de l'axe de la pompe
o = n.b. + h in, où o est le repère de l'axe de la pompe, n.b. - ligne d'eau en aval, h in - hauteur d'aspiration géométrique.
Le liquide est fourni par le tuyau d'aspiration à la roue de la pompe sous l'influence de la différence de pression dans le réservoir de réception et de la pression absolue dans le débit à l'entrée de la roue. Cette dernière dépend de l'emplacement de la pompe par rapport au niveau de la surface de liquide dans le réservoir et du mode de fonctionnement de la pompe. En pratique, il existe trois principaux schémas d'installation. pompes centrifuges:
- l'axe de la pompe est au-dessus du niveau de liquide dans le réservoir de réception (chambre) - fig. 2.9, un ;
- l'axe de la pompe est en dessous du niveau de liquide dans le réservoir de réception (voir Fig. 2.9, b);
- le liquide dans le réservoir de réception est en surpression m (voir Fig. 2.9.6).
De l'équation de Bernoulli pour deux sections (dans notre cas, pour le niveau de liquide dans le réservoir de réception 0 - 0 et la section 1 - 1 à l'entrée de la pompe (voir Fig. 2.8)) il résulte
où h p.v. - les pertes dans la canalisation d'aspiration ; p a - pression atmosphérique, Pa; p in - pression absolue à l'entrée de la pompe, Pa; avec in - vitesse à l'entrée de la pompe, m / s.
Le côté gauche de l'équation (2.26) est la hauteur manométrique de la pompe et est mesuré en mètres de la colonne de liquide pompée.
Riz. 2.9. Schémas d'installation des pompes centrifuges
Des expressions (2.26) et (2.27) il résulte :
Si de l'eau pénètre dans la pompe avec une contre-pression (voir Fig. 2.9, b), alors
Une valeur négative de H in indique le fonctionnement de la pompe avec une hauteur manométrique. Lorsque la pompe fonctionne selon le schéma indiqué sur la fig. 2.9, c, l'expression de la hauteur d'aspiration sous vide prend la forme :
où P est la pression absolue du milieu au-dessus de la surface libre du liquide, Pa.
Selon la conception de la pompe à palettes, la hauteur d'aspiration géométrique est comptée différemment. Pour les pompes horizontales, H g.w est la différence entre les repères de l'axe de la pompe et le niveau de liquide dans le réservoir de réception. Pour les pompes à arbre vertical, H g.w est compté à partir du milieu des bords d'entrée des aubes de la roue (dans les pompes multicellulaires de la roue du premier étage) jusqu'à la surface libre du liquide dans le réservoir de réception (chambre, puits).
Le fonctionnement normal d'une pompe centrifuge est assuré dans un tel mode lorsque la pression absolue en tous points de sa cavité interne plus de pression vapeurs saturées du liquide pompé à une température donnée. Si cette condition n'est pas remplie, alors les phénomènes de vaporisation et de cavitation commencent, ce qui entraîne une diminution voire un arrêt du débit de la pompe (la pompe « tombe en panne »).
La cavitation fait référence aux processus de perturbation de la continuité de l'écoulement du fluide se produisant lorsque la pression locale diminue et atteint une certaine valeur critique. Dans ce cas, la formation d'un grand nombre de minuscules bulles remplies de vapeurs liquides et de gaz qui s'en dégagent est observée. La formation de bulles est superficiellement similaire à l'ébullition d'un liquide. Les bulles résultant d'une diminution de pression augmentent de taille et sont emportées par l'écoulement. Dans ce cas, il y a une augmentation locale de la vitesse de déplacement du fluide due à la contrainte la Coupe transversale s'écouler avec des bulles de vapeur ou de gaz libérées.
En entrant dans une zone avec une pression supérieure à la pression critique, les bulles s'effondrent, tandis que leur destruction se produit à grande vitesse et s'accompagne donc d'un choc hydraulique local dans cette zone microscopique. Etant donné que la condensation occupe une certaine surface et se déroule en continu pendant une longue période, ce phénomène conduit à la destruction de surfaces importantes des roues ou des aubes directrices. En pratique, l'apparition de cavitation lors du fonctionnement de la pompe peut être détectée par les grésillements caractéristiques dans la zone d'aspiration, le bruit et les vibrations de la pompe. La cavitation s'accompagne également d'une destruction chimique (corrosion) du matériau de la pompe sous l'influence de l'oxygène et d'autres gaz libérés du liquide dans la zone de pression réduite.
Sous l'action simultanée de la corrosion et des contraintes mécaniques cycliques, la résistance des pièces métalliques de la pompe diminue rapidement. Dans ce cas, l'effet de la cavitation sur pieces en metal pompe s'intensifie si le liquide pompé contient des substances abrasives en suspension : sable, fines particules de laitier, etc. Sous l'action de la cavitation, les surfaces des pièces deviennent rugueuses, spongieuses, ce qui contribue à leur abrasion rapide par les substances en suspension. À leur tour, ces substances, abrasant les surfaces des pièces de la pompe, améliorent la cavitation.
La fonte et l'acier au carbone sont les plus sensibles à la destruction par cavitation. Le bronze et les aciers inoxydables sont plus résistants à cet égard. Afin d'augmenter la stabilité des pièces de la pompe, utilisez des revêtements protecteurs... Pour cela, les surfaces des pièces sont soudées avec des alliages durs, un durcissement de surface local et d'autres méthodes de protection sont utilisés. Cependant, la principale mesure pour lutter contre l'usure prématurée du trajet d'écoulement des pompes est d'éviter les modes de cavitation de leur fonctionnement.
Pour un fonctionnement sans cavitation de la pompe, il est nécessaire de garantir des conditions dans lesquelles la pression à l'entrée de la pompe pv serait supérieure à la pression critique, c'est-à-dire supérieure à la pression de vapeur saturante du liquide pompé pn. Pour éviter le phénomène de cavitation, il est nécessaire que l'énergie spécifique de l'écoulement (rapportée à l'axe de la roue de la pompe) soit suffisante pour fournir des vitesses et des accélérations dans l'écoulement à l'entrée de la pompe et pour vaincre la résistance hydraulique sans chute de pression locale à des valeurs conduisant à la formation de cavitation.
La marge de cavitation, c'est-à-dire l'excédent de l'énergie spécifique du flux énergétique correspondant à la pression de vapeur saturante du liquide pompé, est égale à :
où h est la pression absolue à l'entrée de la pompe.
La valeur de h dépend du type et de la conception de la pompe. Pour chaque pompe, il est réglé expérimentalement valeur minimum réserve de cavitation hmin. Mais en caractéristiques techniques de la pompe, la valeur de la marge de cavitation admissible est indiquée, c'est-à-dire une telle marge de cavitation qui assure de manière fiable le fonctionnement de la pompe sans modifier ses principaux indicateurs techniques. Marge de cavitation admissible h ajouter = Kd h. Le facteur de sécurité Kd, selon la conception, le type et le but de la pompe, est compris entre 1,1 et 1,5.
La norme ISO 2548 introduit un concept légèrement différent de la hauteur libre de cavitation. Ce document introduit le terme « hauteur d'aspiration totale au refoulement » (c'est-à-dire lorsque la pompe est en marche). Ce terme est noté (NPSH). Mathématiquement (NPSH) s'exprime comme suit :
où Z 1 est la distance entre le plan d'admission et l'axe de la roue ; pw - surpression à l'entrée de la pompe.
À l'entrée de la pompe, la pression pw est généralement négative. En comparant l'expression (NPSH) avec la formule décrivant la hauteur libre de cavitation, il est facile de voir qu'elle ne diffère que par la présence du terme Z 1 qui prend en compte la différence des hauteurs géométriques du centre de gravité de la pompe la buse d'admission et la roue à aubes. Pour les grosses pompes, cette valeur peut être importante.
D'après les relations (2.27) et (2.31), il s'ensuit que la dépression admissible de la hauteur d'aspiration
où p a est la hauteur manométrique correspondant à la pression atmosphérique (hauteur de pression atmosphérique réduite), mètres de la colonne de liquide pompé ; h n.p - la pression correspondant à la pression de vapeur saturante du liquide pompé (la hauteur réduite de la pression de vapeur saturante du liquide), mètres de la colonne de liquide.
La hauteur d'aspiration géométrique admissible est calculée à partir des relations (2.26) et (2.32)
Ainsi, la hauteur d'aspiration géométrique admissible de l'unité de pompage est égale à la hauteur d'aspiration sous vide admissible de la pompe moins la perte de charge dans la conduite d'aspiration. La documentation technique des pompes (catalogues, passeports, etc.) indique la hauteur d'aspiration admissible (ou marge de cavitation admissible) pour des conditions normales, c'est-à-dire pour une pression atmosphérique de 0,1 MPa (ce qui correspond environ à 760 mm Hg) et la température de l'eau pompée. sur liquide 20 ° .
Pour l'eau et les liquides résiduaires, la hauteur d'aspiration admissible par rapport aux conditions de fonctionnement réelles de la pompe est calculée par le rapport
et la hauteur d'aspiration géométrique admissible - selon la formule
où .доп. - hauteur d'aspiration nominale admissible (selon catalogue); pа / pg - altitude réduite de la pression atmosphérique, m d'eau. Art .; 0,24 -. Valeur Hp pour l'eau à t = 20C.
Les valeurs de l'altitude réduite de la pression atmosphérique pа / pg, en fonction de l'emplacement du terrain au-dessus du niveau de la mer, sont indiquées ci-dessous:
| Hauteur au-dessus niveau de la mer, m |
-600 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 100 | 1500 | 2000 | |
| pa / pg, m colonne d'eau | 11.3 | 10.3 | 10.2 | 10.1 | 10 | 9.8 | 9.7 | 9.6 | 9.5 | 9.4 | 9.2 | 8.6 | 8.4 |
Les valeurs de la hauteur de la pression de vapeur d'eau saturée h n.p en fonction de la température de l'eau sont données ci-dessous :
La perte de charge dans le tuyau d'aspiration est la somme de la perte de charge lorsque le fluide se déplace dans le tuyau et de la perte de résistance locale
où i est la perte de charge pour 1 m de longueur de tuyau ; l est la longueur du pipeline ; E £ - la somme des coefficients de résistance locale; с - vitesse de déplacement à l'entrée des raccords (raccords), m / s.
Lorsque la pompe fonctionne, la différence de pression dans le réservoir de réception et dans le corps de la pompe doit être suffisante pour surmonter la pression de la colonne de liquide et la résistance hydraulique dans la canalisation d'aspiration, par conséquent le calcul et la conception de la canalisation d'aspiration est l'un des tâches les plus importantes dans la conception d'une unité de pompage.
La distance verticale entre le niveau de liquide dans le réservoir de réception et le centre de la roue de la pompe est appelée tête d'aspiration géométrique hвс. Pour trouver la hauteur d'aspiration géométrique admissible, nous écrivons l'équation de Bernoulli. Pour les sections Oh-oh et 1-1 (riz. une):
où S hs - la somme des pertes de charge dans la conduite d'aspiration.
Considérant que z1- z0 = hвс, et aussi le fait que Vo = 0 (le réservoir de réception est suffisant grandes tailles), on a
Si la pression P1 chutera à la pression de saturation de vapeur du liquide pompé PSà une température donnée, la cavitation se produira.
Cavitation traduit en russe signifie formation du vide. Le phénomène de cavitation est un processus de rupture de la continuité de l'écoulement d'un liquide, qui se produit lorsque la pression, en diminuant, atteint la pression de la vapeur saturée du liquide. Ce processus s'accompagne de la formation d'un grand nombre de bulles remplies de vapeurs liquides et de gaz qui s'en dégagent. Étant dans la zone de pression réduite, les bulles se combinent, se transformant en grosses bulles cavernes. Les cavernes sont transportées par le flux de liquide vers la zone de surpression, où elles sont détruites en raison de la condensation de la vapeur qui les remplit. Au centre de chaque cavité, la collision de particules liquides se produit, ce qui provoque chocs hydrauliques... Des expériences ont montré que lorsque les bulles éclatent, la pression et la température locales augmentent.
Dans ce cas, la pression locale atteint des valeurs supérieures à 100 MPa, ce qui s'accompagne de la formation de particules d'ions chargées positivement et négativement.
Ce phénomène conduit à la destruction des parties actives de la pompe. Par conséquent, la cavitation dans les pompes est inacceptable. L'aluminium et la fonte usinée sont détruits particulièrement rapidement, et l'acier inoxydable à haute ténacité s'avère être le plus résistant. Lors du meulage et du polissage, la résistance des métaux à la destruction par cavitation augmente. L'utilisation de matériaux résistants à la destruction par cavitation permet de travailler en peu de temps dans des conditions de cavitation locale.
La condition primordiale pour éliminer la cavitation est le réglage correct de la hauteur d'aspiration admissible.
En pratique, la pression à l'entrée de la pompe est choisie légèrement supérieure à la pression de vapeur saturante, c'est-à-dire
où DRzap est une réserve de pression qui garantit contre l'apparition de la cavitation.
D'où,
réserve de tête de cavitation,
On voit d'après la formule que pour augmenter la hauteur d'aspiration géométrique, il est nécessaire de réduire les pertes dans la conduite d'aspiration, la vitesse à l'entrée de la pompe et la pression de saturation de vapeur. A cet égard, la conduite d'aspiration de la pompe est réalisée la plus courte possible, avec un grand diamètre, avec un minimum de plis et de résistances locales. Diminuer la valeur PS dans la plupart des cas, c'est impossible, car elle n'est déterminée que par la température du liquide pompé. Cependant, si une telle opportunité se présente, alors cette température doit être réduite.
La hauteur d'aspiration géométrique maximale des pompes ne peut pas dépasser Rat / page, qui pour l'eau est de 10 m. La hauteur d'aspiration des pompes centrifuges ne dépasse généralement pas 6 ... 7 m.< 0, то насос необходимо ставить ниже уровня жидкости в приемном резервуаре (затопленный насос). Так как
où Нвак - tête d'aspiration à vide,
alors on peut écrire
Par conséquent, la hauteur d'aspiration du vacuomètre est la somme de la hauteur d'aspiration géométrique hvs, la perte de charge S hs dans la canalisation d'aspiration et la hauteur manométrique à l'entrée de la pompe v 2 1 / 2g.
La hauteur d'aspiration admissible du vacuomètre est toujours inférieure à la hauteur d'aspiration d'une marge de cavitation, c'est-à-dire
Dans les catalogues et certificats de pompes, la hauteur de vide admissible ou la marge de cavitation admissible est indiquée.
on retrouve la hauteur d'aspiration géométrique de la pompe :
Un vide est généré dans la conduite d'aspiration des pompes. Les raisons de la raréfaction sont :
1) pertes d'énergie dans la conduite d'aspiration ;
2) consommation d'énergie pour soulever le liquide à une hauteur N soleil ;
3) pertes d'inertie dans la canalisation d'aspiration, en fonction de la vitesse d'"accélération" de la roue de la pompe. Plus la vitesse maximale est atteinte rapidement et plus le diamètre de la conduite d'aspiration est petit, plus la perte inertielle est importante.
En conséquence, une partie du liquide peut bouillir et un phénomène appelé cavitation... La cavitation est le processus de formation de bulles de vapeur dans l'épaisseur d'un liquide en mouvement avec diminution de la pression hydrostatique et condensation de ces bulles à l'intérieur du liquide dans la zone de pression hydrostatique croissante. Dans les pompes à palettes, la valeur minimale de cette pression, et par conséquent, la plus grande probabilité de cavitation se produit près du bord d'entrée de la pale, c'est-à-dire. où le débit est le plus élevé.
Au moment de la condensation complète à l'endroit où elle se produit, il y a une forte augmentation de la pression (jusqu'à des centaines d'atmosphères). Si la bulle se trouvait à la surface de la roue, l'impact se fait sur cette surface, ce qui, à son tour, provoque l'érosion du matériau. Le processus de destruction des parties actives de la pompe intensifie la corrosion causée par la libération intense d'oxygène dissous dans l'eau. La cavitation s'accompagne de chocs, de bruits et même de vibrations de l'unité de pompage, provoquant une chute de pression, de débit et d'efficacité de la pompe. Par conséquent, la cavitation est un processus négatif.
Hauteur d'aspiration admissible d'une pompe centrifuge... Considérons le processus de cavitation dans la roue. Laisser le liquide entrer dans la roue à une vitesse relative w 1 et pression P 1 ... Lors de l'écoulement autour de la lame, la vitesse maximale sera sur la partie concave de la lame. En conséquence, la pression statique ici sera minimale à un certain point de la ligne de courant le long de cette surface d'aube (). Aucune condition d'ébullition
P min > P t , (2.31)
où P t est la pression de vapeur saturante, Pa.
La différence est appelée le nombre critique de cavitation. En utilisant l'équation de Bernoulli, nous pouvons obtenir que
Presque hauteur N soleil est choisi de telle sorte que la hauteur d'aspiration totale devant la roue dépasse la pression de vapeur saturée d'une quantité appelée marge de cavitation :
Réserve de cavitation critique
Introduire le concept de tête d'aspiration statique H S comme la somme de la hauteur d'aspiration et de la perte de charge d'aspiration
Hauteur d'aspiration statique maximale
où P une- pression atmosphérique, Pa.
Habituellement, pour éviter la cavitation, un excès de la marge de cavitation admissible par rapport à la marge critique de 20 à 30 % est prescrit, c'est-à-dire
Alors la hauteur d'aspiration statique admissible est :
La marge de cavitation critique est déterminée par la formule de S.S. Rudneva
où m- vitesse de rotation des roues, tr/min ;
L- débit de la deuxième pompe, m 3 / s;
c - le coefficient de vitesse de cavitation, déterminé expérimentalement et en fonction de la conception de la pompe.
Par conséquent, pour déterminer la marge de cavitation critique, des tests sont effectués afin de déterminer la caractéristique de cavitation de la pompe, qui détermine la pression de refoulement minimale admissible devant la pompe Δ h... Un exemple d'une telle caractéristique est illustré à la Fig. 3.9. Chapitre 3.
La magnitude Δ h augmente avec l'augmentation de l'alimentation. Par exemple, pour une pompe d'une certaine conception avec L= 40 m 3 / h Δ h= 2 m.w.st, et à L= 160 m 3 / h Δ h= 9 m.w.c. Par conséquent, dans le second cas, l'ébullition est possible lorsque de l'eau froide est fournie ( t= 20⁰С, R t= 2,34 kPa).
Lors du pompage de liquide chaud, la valeur peut être négative. Dans ce cas, le bac de récupération doit être installé au-dessus de la pompe. Ainsi, par exemple, les pompes d'alimentation des centrales thermiques sont installées sous les dégazeurs. La hauteur d'aspiration dépend de la température du liquide pompé, ainsi que de la conception de la pompe. Lors de la détermination de cette valeur, il faut tout d'abord être guidé par les instructions du fabricant. La pression P a est tirée des données climatologiques de la région correspondante. Cependant, la pression atmosphérique réelle s'écarte de celle calculée, en règle générale, de ± 5%. En conséquence, la pression générée par celui-ci fluctue dans la plage
± 0,5 mH2O Par conséquent, il est conseillé de prendre la hauteur manométrique minimale devant la pompe 0,5 m supérieure à celle indiquée dans la courbe de cavitation.