Što je dubina usisavanja i visina dizanja. Dostava ovisno o vrsti i broju stambenih jedinica. Za crpnu stanicu ili površinsku pumpu

Rad crpki sastoji se od dva procesa: usisnog i ispusnog. Bilo koju vrstu crpke karakteriziraju sljedeći parametri: usisna visina, ispusna visina, ukupni tlak, protok, snaga i ukupni koeficijent korisna radnja(učinkovitost).

Usisna visina.

Postoje teorijske, vakuumske i geometrijske (praktične) visine usisavanja.

Do porasta vode u usisnoj cijevi pumpe dolazi pod utjecajem razlike između atmosferskog tlaka i tlaka (vakuma) u samoj pumpi. Stoga teorijski usisna visina pumpa (N t) jednaka 1 atmosferi i komponenti 10,33 metara vodenog stupca, odnosno 760 mm. živinog stupca, ili 1 kgf/cm 2, ili 10 5 Pa je praktički nedostižan. Poboljšanjem dizajna i materijala crpke, njezina usisna visina može se približiti vrijednosti Nt.

Visina usisavanja vakuuma (N in) je količina vakuuma koju stvara pumpa, au energetskom smislu to je energija izražena u metrima koja je potrebna da se tekućina podigne do visine usisavanja. Hv ovisi u pravilu o snazi ​​crpke koja stvara vakuum i mjeri se u metrima vodenog stupca. Očitanja mjerača vakuuma ugrađenog na crpku odgovaraju visini usisavanja vakuuma. Za vatrogasnu pumpu serije PN-40 i njegove analoge, N in = 8 m vode. Umjetnost.

Geometrijska (praktična) usisna visina H g je razlika u visini između površine vode i osi crpke. Geometrijska usisna visina ovisi o vrijednostima i veličinama nekoliko parametara:

Na vrijednost Hg izravno utječe atmosferski tlak koji osjetno varira ovisno o nadmorskoj visini. Na primjer, na nadmorskoj visini od 0 m iznad razine mora, atmosferski tlak je 10,33 m vode. Art., a na nadmorskoj visini od 2000 m - 7,95 m vode. Umjetnost.

N g jako ovisi o tlaku zasićene pare usisane tekućine. Tlak zasićene pare je tlak pri kojem tekućina vrije na danoj temperaturi (govorimo o tlaku tekućine ispod atmosferskog). Tlak pare, a time i usisna visina, uvelike ovise o temperaturi i vrsti tekućine koja se pumpa. Poznato je da se s smanjenjem tlaka smanjuje vrelište tekućine. Ako je usisni tlak (prirodno je niži od atmosferskog tlaka) P sun niži od tlaka zasićene pare usisane tekućine P n , tada će započeti stvaranje pare i pumpa neće uspjeti.

Dakle, preduvjet za normalan rad pumpe je:

P n< Р вс < Р атм

Na primjer, pri temperaturi vode od 100 ºS R n = R atm = 1 kg/cm 2 (10 m vodenog stupca), a pri temperaturi vode od 20 ºS R n = 0,024 kg/cm 2 (0,24 m vode stupac). Stoga, što je viša temperatura tekućine, to ju je teže pokupiti pumpom. Povezano s ovom pojavom kavitacija– proces stvaranja mjehurića zraka u tekućini. Tijekom kavitacije dolazi do samovrijenja tekućine, mjehurići pare se odvode pokretnim protokom i, nailazeći na čvrste površine kućišta i rotora, uništavaju se ("urušavaju"). U tom se slučaju oslobađa puno energije, koja oštećuje, pa čak i uz dugotrajno izlaganje uništava površine unutarnje šupljine pumpe (fenomen kavitacijske erozije). Kavitacija je popraćena bukom i pucketanjem unutar pumpe. Kako bi se izbjeglo prerano trošenje radnih dijelova crpke, njegov rad u kavitacijskom načinu rada nije dopušten.

Fenomen kavitacije može se pojaviti kada crpka radi s velikom geometrijskom visinom usisavanja. Stoga visina usisavanja mora biti takva da ne može doći do kavitacije.

Najveća dopuštena visina usisa može se odrediti formulom:

gdje je: R n – tlak zasićene pare;

γ – specifična težina tekućine;

h sun – gubitak tlaka u usisnom cjevovodu;

ΔN – kavitacijska rezerva.

Vrijednost rezerve kavitacije postavljena je tako da nema značajnog smanjenja tlaka i da je brzina kavitacijske erozije ograničena. Na primjer, za pumpe serije PN-40 rezerva kavitacije je 3 m.

Fenomen kavitacije također se može pojaviti kod velikih protoka crpke, zbog smanjenja tlaka (povećanja vakuuma) na ulazu crpke. Stoga, kada se pojavi kavitacija, potrebno je smanjiti protok pumpe.

Konačno, geometrijsko usisno podizanje ovisi o gubitku visine u usisnom vodu ili količini otpora koji se svlada u usisnom vodu.

h sunce = S Q 2,

gdje je: S – otpor usisnog voda;

Q – protok pumpe.

Iz svega navedenog proizlazi da je geometrijska (praktična) usisna visina H g određena izrazom:

N g = N in – h sunce – h rp – h r.atm,

gdje je: Nv – visina usisavanja vakuuma;

h sun – gubitak tlaka u usisnom vodu;

h rp – temperaturni gubitak tlaka (tlak zasićene pare);

h r.atm – gubitak tlaka, ovisno o nadmorskoj visini područja.

Na primjer, za vatrogasnu pumpu serije PN-40, N g praktički ne prelazi 7 m kada radi u normalnim uvjetima, tj. pri atmosferskom tlaku P atm = 1 kg/cm 2 (10,33 m. vodenog stupca) i temperaturi vode 20 °C.

Tipično, dopuštenu visinu usisavanja navode proizvođači crpki u tehničkim listovima proizvoda.

Visina pražnjenja.

Postoje geometrijske i manometrijske visine pražnjenja.

Geometrijska visina ispusta je vertikalna udaljenost u metrima od osi pumpe do najviše točke ispusta H n.

Manometrijska visina ispusta je tlak koji stvara pumpa N mang. Manometrijska visina ispuštanja (očitanje manometra) uvijek je veća od geometrijske visine ispuštanja (stvarna točka opskrbe tekućinom) zbog rezultirajućih gubitaka u tlačnom vodu.

N čovjek = N n + h n,

gdje je: h n – gubitak tlaka u tlačnom vodu, h n = S·Q 2 ;

S – otpor tlačnog voda;

Q – protok pumpe.

Za visinu istjecanja nema teoretskih ograničenja, ali je u praksi ograničena čvrstoćom pojedinih dijelova crpki i cjevovoda, kao i snagom pogonskih motora crpki.

Puni pritisak.

Ukupni tlak koji razvija pumpa H troši se na podizanje tekućine, svladavanje otpora u usisnim i tlačnim cjevovodima i stvaranje slobodnog tlaka.

N = N g + h sunce + h n + N st

gdje je: N g – geometrijska visina uspona vode (m);

h sun + h n – gubitak tlaka u usisnom i tlačnom vodu (m);

N sv – slobodni tlak (m).

U praksi se ukupni tlak koji razvija pumpa procjenjuje iz očitanja manometra i vakuumometra.

Opskrba pumpe.

Protok pumpe je količina tekućine koju pumpa pumpa u jedinici vremena. Pravi se razlika između masenog protoka (kg/s) i volumetrijskog protoka (m 3 /min ili l/s). Najčešće se protok protupožarnih pumpi označava u volumetrijskim jedinicama: m 3 / min ili l / s.

Postoji odnos između količine tekućine koja ulazi u pumpu Q 1 i količine tekućine koja izlazi iz pumpe Q 2:

Q 1 = Q 2 + Q y,

gdje je: Q y – volumetrijsko curenje fluida kroz brtvene raspore.

Snaga pumpe.

Tijekom rada, radni dijelovi crpke opskrbljuju protok tekućine energijom. Ova energija se dobiva iz motora.

Za ispravnu procjenu energetske učinkovitosti motora pumpna jedinica Potrebno je razlikovati korisnu (efektivnu) i utrošenu snagu.

Korisna (efektivna) snaga (Ne) pumpe služi za obavljanje rada za pomicanje određenog volumena tekućine Q na visinu H i određena je formulom.

Gdje: ρ – gustoća tekućine, kg/m3;

g – ubrzanje slobodnog pada, m/s 2 ;

Q – protok pumpe, m 3 /s;

N – visina crpke, m.

Snaga koju crpka troši uvijek je veća od korisne snage jer dio energije se troši na mehaničke, hidrauličke i volumetrijske gubitke u pumpi. Potrošnja energije je snaga N koja se dovodi do radnih dijelova crpke. Određuje se formulom:

gdje je: M – moment na osovini pumpe (motora), N m;

ω – kutna brzina vrtnje vratila, s -1.

Puna učinkovitost pumpe.

Kada se energija prenosi od crpke do dizane tekućine, dolazi do volumetrijskih, hidrauličkih i mehaničkih gubitaka energije

Volumetrijska učinkovitost.

Poznato je da je stvarni protok pumpe uvijek manji od teorijskog protoka, tj. Količina tekućine koja izlazi iz pumpe uvijek je manja od količine tekućine koja ulazi u pumpu. To se događa zbog:

§ curenje tekućine kroz brtve, ventile i klipove, stupanj curenja ovisi o točnosti izrade i stanju navedene detalje pumpa;

§ odgođeno otvaranje i zatvaranje ventila;

§ prisutnost zraka u tekućini.

Vrijednost volumetrijske učinkovitosti karakterizira stupanj nepropusnosti crpke i određuje se formulom:

gdje je: N – stvarni (razvijeni) tlak pumpe;

ΔN – gubitak tlaka za prevladavanje otpora unutar pumpe;

N + ΔN – teoretski tlak pumpe.

Mehanička učinkovitost.

Mehanička učinkovitost je gubitak snage zbog trenja u ležajevima, brtvama vratila itd. Vrijednost mehaničke učinkovitosti karakterizira kvalitetu izrade i racionalnu konstrukciju ležajeva, uljnih brtvi (manžeta) i drugih komponenti gdje dolazi do trenja dijelova.

Mehanička učinkovitost određena je formulom:

Tehnički zahtjevi na pumpne jedinice vatrogasnih vozila

Zbog osobitosti rada, na crpne jedinice vatrogasnih vozila postavljaju se sljedeći osnovni zahtjevi:

§ mali dimenzije i težina, koja je neophodna za racionalno korištenje nosivosti i volumena tijela vatrogasnog vozila;

§ visoka pouzdanost, uključujući rad na kontaminiranoj vodi;

§ stalna spremnost za rad;

§ visoka kavitacijska svojstva;

§ ravni oblik tlačne karakteristike, tj. neznatna promjena tlaka crpke u rasponu protoka od nule do maksimuma pri konstantnoj brzini (kod strmo padajućeg oblika tlačne karakteristike, smanjenje protoka povlači za sobom nagli porast tlaka, što može uzrokovati puknuće tlačnog crijeva i povećanje protoka – značajno smanjenje tlaka);

§ usklađenost parametara pumpe i motora, u nedostatku kojih se parametri pumpe ne mogu implementirati na vatrogasno vozilo;

§ minimalno vrijeme za punjenje usisnog cjevovoda i pumpe vodom prije početka korištenja vakuumskog sustava (ne više od 40 sekundi s geometrijske visine usisavanja od najmanje 7,5 m);

§ jednostavnost i lakoća upravljanja crpnom jedinicom;

§ mogućnost dugotrajnog kontinuiranog rada u maksimalnom načinu rada u određenom rasponu temperatura okoline (konstrukcija normalnih tlačnih pumpi mora osigurati njihov kontinuirani rad u nominalnom načinu rada najmanje 6 sati, pumpe visokotlačni– najmanje 2 sata);

§ slobodan pristup za Održavanje, njegova jednostavnost i praktičnost (nedostatak elemenata koji zahtijevaju povremeno podešavanje, minimalni broj točaka za podmazivanje i odvod vode, mogućnost djelomičnog rastavljanja jedinica izravno na vatrogasnom vozilu);

§ niska razina buka i nedostatak vibracija tijekom rada ( prosječna razina zvuk, generiran pumpom kada radi u nominalnom načinu rada, ne smije biti veća od 85 dB.);

§ korištenje istih vrsta ulja i maziva koji se koriste za jedinice i komponente šasije vatrogasnog vozila.

Vatrogasna vozila obično su opremljena centrifugalnim pumpama. To je zbog činjenice da centrifugalne crpke imaju niz važne prednosti: ravnomjeran dovod sredstava za gašenje požara (dovod bez pulsiranja); mogućnost rada "samostalno" (tj. kada je protupožarna mlaznica blokirana, protupožarna cijev začepljena ili puknuta, tlak u sustavu vodoopskrbe ne raste pretjerano), lakoća upravljanja pumpom i njezino održavanje kada rad u požarima.

Za vatrogasna vozila važno je da centrifugalne pumpe ne zahtijevaju složen motorni pogon, a njihove dimenzije i težine su relativno male.

Istovremeno, centrifugalne pumpe imaju i niz nedostataka od kojih je najvažniji taj što nisu samousisne – rade tek nakon što se usisni vod i pumpa prvo napune vodom. Ovaj nedostatak kompenzira se uređajima koji omogućuju punjenje usisnih kanala i šupljine pumpe iz spremnika. Osim toga, na vatrogasna vozila ugrađene su pomoćne pumpe za punjenje šupljine usisnog crijeva i kućišta pumpe vodom. U tu svrhu koriste se plinsko-mlazne, rotacijske, klipne i druge pumpe. Pomoćne pumpe rade kratko, samo kada je centrifugalna pumpa uključena. Ugradnja takvih crpki komplicira dizajn crpne jedinice i zahtijeva dodatni pogon za njihov rad.

Tlačne i energetske karakteristike centrifugalne pumpe određuje ovisnost tlaka, potrošnje energije i učinkovitosti. iz napajanja pumpe. Te su ovisnosti grafički prikazane krivuljama Q–H, Q–N i Q-η pri konstantnoj brzini vrtnje rotora pumpe n (vidi sl. 3.7).

Karakteristike tlaka i energije konstruirane su na sljedeći način. Podešavanjem stupnja otvaranja ventila na ispusnoj cijevi, pri konstantnoj brzini vrtnje osovine pumpe, dobivaju se različite vrijednosti protoka Q. Svaka vrijednost Q odgovara tlaku H, snazi ​​N i učinkovitosti. η pumpa. Zatim se na apscisnu os u prihvaćenom mjerilu iscrtavaju vrijednosti napajanja, a na ordinatnu os nanose se dobivene vrijednosti H, N i η. Rezultirajuće točke povezane su glatkim linijama. Iz grafikona Q-η karakteristike (vidi sl. 3.7) može se vidjeti da

maksimalna vrijednost učinkovitosti (točka A) odgovara određenom protoku Q A i tlaku N A. Točka A se naziva optimalnom i odgovara optimalnom režimu rada crpke.

Utjecaj brzine vrtnje impelera na radne parametre centrifugalne pumpe očituje se na sljedeći način.

Protok centrifugalne pumpe varira proporcionalno brzini vrtnje rotora: Q 1 /Q 2 = n 1 /n 2.

Tlak koji razvija pumpa varira proporcionalno kvadratu brzine vrtnje rotora: N 1 / N 2 = (n 1 / n 2) 2.

Snaga koju troši crpka varira proporcionalno kubu brzine vrtnje rotora: N 1 / N 2 = (n 1 / n 2) 3.

Predavanje6

Kavitacija u krilnim pumpama

Pitanja: 1. Pojam kavitacije. Uzroci njegove pojave i preventivne mjere

2. Dopuštena visina usisavanja

3. Kavitacijski testovi

1. Pojam kavitacije. Uzroci njegove pojave i preventivne mjere

Kavitacija je proces poremećaja kontinuiteta protoka tekućine, koji počinje u onim područjima gdje tlak padne na kritični (tlak isparavanja) i završava u područjima s tlakom većim od kritičnog. Na mjestima niskog tlaka tekućina ključa, što rezultira stvaranjem mjehurića plina koji se oslobađaju iz vode. Ovi mjehurići, ulazeći u zonu visokog tlaka, kolabiraju, čestice tekućine jure u mikro šupljine i, sudarajući se jedna s drugom, uzrokuju lokalni vodeni čekić. Plin se ponovno otapa u vodi, a čestice tekućine, ispunjavajući mikropraznine koje se nalaze na stijenkama protočnog dijela pumpe, udaraju u metal, što dovodi do njegovog uništenja. Dakle, pojava kavitacije negativno utječe na rad crpke, čineći je nestabilnom i uništavajući crpnu jedinicu.

Kavitacija može biti profil nastalih zbog krivo definiranog profila protočnog dijela, s prorezima koji nastaju zbog nedostataka u dizajnu, i hrapav, koji nastaje zbog prevelike hrapavosti stijenki protočnog dijela pumpe. To nadziru dizajneri i proizvodni pogon.

Prilikom rada crpki može doći do kavitacije iz sljedećih razloga:

1) povećana usisna visina, tj. pumpa je instalirana na velikoj udaljenosti od vode;

2) nizak atmosferski tlak na površini vode;

3) visoka temperatura dizane tekućine;

4) veliki otpor u usisnoj cijevi zbog nepravilno odabranog promjera ili zbog velike duljine i lokalnog otpora;

5) propuštanje usisnog voda.

Glavna mjera za sprječavanje kavitacije je pravilan izbor geometrijske visine usisavanja.

Dodatne mjere: povećanje pritiska na površinu vode nizvodno, snižavanje temperature tekućine, smanjenje duljine usisnih cijevi i sl.

2. Dopuštena visina usisavanje

Ovo je visina instalacije crpke u odnosu na razinu vode u ostatku, iznad koje dolazi do kavitacije. Stoga se crpka mora ugraditi s geometrijskom visinom usisa koja je manja od dopuštene, tj.

h V  h V ekstra . (5.1)

Prethodno je dobivena formula za visinu usisavanja vakuuma:

N vak = N v.p. + V u 2/2g. (5.2)

Ovdje je H v.p =h v + h t.v. , (5.3) gdje je H v.p. - smanjena geometrijska visina usisavanja,

h in - geometrijska visina usisavanja, h t.v. - gubitak tlaka u usisnom cjevovodu, V in - brzina u usisnom cjevovodu.

Iz formule (5.2) izražavamo H v.p.

N v.p. = Nvac - V u 2 / 2g i unesite korekcije u dobiveni izraz, uzimajući u obzir radne uvjete crpke (temperatura vode, tlak na njezinoj površini). Dobivamo dopuštenu smanjenu geometrijsku visinu usisavanja

N v.p. ekstra = N ludak ekstra - V V 2 /2g - h p.zh. - (N A - N b ) . (5.4)

U dobivenom izrazu: N vac add - dopušteni tlak vakuuma, nakon kojeg dolazi do kavitacije pri temperaturi od 18 o C. Određuje se na temelju kavitacijskih ispitivanja crpke; h p.zh. - tlak u mm Hg. stupca nakon čega tekućina vrije na zadanoj temperaturi, tj.

h p.zh. =(t o C); N a i N b - normalni atmosferski i stvarni barometarski tlak na površini vode.

Ako vrijednost H in.p dodamo u formulu (5.3) i iz nje izrazimo h in, dobivamo formulu koja određuje dopuštenu geometrijsku visinu usisavanja, tj.

h V ekstra = N v.p. ekstra -h televizor. . (5.5)

Ovdje se zadana dopuštena visina usisa vakuuma N vac ad određuje formulom (5.4), u kojoj je potrebno znati H vac ad, a potonja se određuje na temelju kavitacijskih ispitivanja. U slučaju njihove odsutnosti, N v.p. dodatni se određuje Tomovom formulom:

N v.p. dodatni = N a -h p.zh. +V u 2 /2g - N,

gdje je N rezerva kavitacije, N je tlak pumpe,

-koeficijent kavitacije, određen Rudnevovom formulom:

za crpke s jednosmjernim ulazom  = 216 n s 4/3 /10 6;

za crpke s dvostranim ulazom  = 136 n s 4/3 /10 6.

Sve ove preporuke vrijede i za centrifugalne i za aksijalne crpke. Međutim, nedavno je u praksu uveden nešto drugačiji način izračunavanja dopuštene visine usisavanja, o čemu će biti riječi u nastavku.

3. Kavitacijski testovi

Ispitivanja kavitacije provode se u otvorenim ili zatvorenim krugovima. Njihova je svrha dobiti podatke za izračun dopuštene visine usisa. Pri ispitivanju u krugu s otvorenom petljom (provest će se tijekom laboratorijskog rada), vrijednosti H vac dodatno se dobivaju ovisno o brzini protoka, koje su ucrtane na karakteristiku pumpe. Krivulja N vac add =f(Q) naziva se karakteristika kavitacije pumpa

U pravilu se aksijalne crpke ispituju u zatvorenom krugu. Dijagram instalacije prikazan je na sl. 5.1.

sl.5.1. Zatvoreni krug

kavitacijski testovi

Ovdje je kavitacija uzrokovana postupnim smanjenjem tlaka pomoću vakuumske pumpe (VP) u rezervoaru, koja je nizvodno od pumpe koja se ispituje. Kao rezultat ispitivanja dobiva se vrijednost rezerve kavitacije h dodatno, koja se određuje formulom

h = N a - H vac + V u 2 /2g, (5.6)

gdje je N a normalni atmosferski tlak, N vac je očitanje vakuumometra instaliranog na usisnoj cijevi crpke.

Njihove vrijednosti, ovisno o brzini protoka, iscrtavaju se u obliku krivulja na univerzalnoj dimenzijskoj karakteristici. Krivulje preračunate na bezdimenzionalne koeficijente iscrtavaju se na bezdimenzijskoj karakteristici:

K  h = h / n 2 D 2 i K Q = Q / n D 3.

U tom slučaju smanjena dopuštena visina vakuumskog usisavanja Nvac add određena je formulom

N vac dodati = N a - h p.zh. - h. (5.7)

Posljedično, kada se izračunava dopuštena visina usisavanja pomoću formule (5.5), vrijednost Nvac add, određena formulom (5.7), zamjenjuje se u nju. Ostatak obračuna je isti.

Određivanjem dopuštene visine usisavanja bilo kojom od gore opisanih metoda i uzimanjem geometrijske visine usisavanja prema uvjetu (5.1), moguće je odrediti visinu osi pumpe

 o =  n.b. + h in, gdje je  o oznaka osi pumpe,  n.b. - vodena oznaka nizvodno, h in - geometrijska usisna visina.

Tekućina se usisnim cjevovodom dovodi do rotora pumpe pod utjecajem razlike tlaka u prihvatnom spremniku i apsolutnog tlaka u protoku na ulazu u rotor. Ovo posljednje ovisi o položaju crpke u odnosu na površinsku razinu tekućine u spremniku i načinu rada crpke. U praksi postoje tri glavne sheme instalacije centrifugalne pumpe:

1. os pumpe je iznad razine tekućine u prihvatnom spremniku (komori) - sl. 2.9, a;
2. os pumpe je ispod razine tekućine u prihvatnom spremniku (vidi sl. 2.9, b);
3. tekućina u prihvatnom spremniku je pod pretlakom m (vidi sl. 2.9.6).

Iz Bernoullijeve jednadžbe za dva odjeljka (u našem slučaju, za razinu tekućine u prijemnom spremniku 0 - 0 i odjeljak 1 - 1 na ulazu pumpe (vidi sl. 2.8)) slijedi

gdje je h a.e. — gubici u usisnom cjevovodu; p a—atmosferski tlak, Pa; p in - apsolutni tlak na ulazu crpke, Pa; s v — brzina na ulazu crpke, m/s.

Lijeva strana jednadžbe (2.26) predstavlja visinu vakuumskog usisavanja pumpe i mjeri se u metrima stupca pumpane tekućine.

Riža. 2.9. Dijagrami ugradnje centrifugalne pumpe

Iz izraza (2.26) i (2.27) slijedi:

Ako voda ulazi u crpku s povratnom vodom (vidi sl. 2.9, b), tada

Negativna vrijednost H in označava da crpka radi s pojačanjem. Kada pumpa radi prema dijagramu prikazanom na Sl. 2.9, c, izraz za visinu vakuumskog usisavanja ima oblik:

gdje je P apsolutni tlak medija iznad slobodne površine tekućine, Pa.

Ovisno o dizajnu lopatične pumpe, geometrijska visina usisavanja se izračunava različito. Za vodoravne crpke, H g.v je razlika između visina osi crpke i razine tekućine u prihvatnom spremniku. Za crpke s okomitom osovinom, N g.v se mjeri od sredine ulaznih rubova lopatica rotora (kod višestupanjskih crpki s kotačima prvog stupnja) do slobodne površine tekućine u prihvatnom spremniku (komora, bušotina).
Normalan rad centrifugalne crpke osiguran je u takvom načinu rada kada je apsolutni tlak u svim točkama njezine unutarnje šupljine veći pritisak zasićena para dizane tekućine na danoj temperaturi. Ako ovaj uvjet nije zadovoljen, tada počinju pojave isparavanja i kavitacije, koje dovode do smanjenja ili čak prestanka protoka crpke (crpka se “pokvari”).
Kavitacija se odnosi na procese koji ometaju kontinuitet protoka tekućine, a javljaju se tamo gdje se lokalni tlak smanjuje i dosegne određenu kritičnu vrijednost. U tom slučaju uočava se stvaranje velikog broja sitnih mjehurića ispunjenih tekućom parom i plinovima koji se iz nje oslobađaju. Stvaranje mjehurića izgleda kao kipuća tekućina. Mjehurići koji nastaju kao posljedica pada tlaka povećavaju se i odnose ih strujanje. U tom se slučaju uočava lokalno povećanje brzine kretanja tekućine zbog suženja poprečni presjek strujanje oslobođenim mjehurićima pare ili plina.
Ulaskom u područje s tlakom iznad kritičnog, mjehurići se uništavaju, a njihovo se uništavanje događa velikom brzinom i stoga je praćeno lokalnim hidrauličkim udarom u ovoj mikroskopskoj zoni. Budući da kondenzacija zauzima određeno područje i događa se kontinuirano dugo vremena, ova pojava dovodi do uništenja značajnih površina rotora ili vodećih lopatica. U praksi se pojava kavitacije tijekom rada crpke može otkriti po karakterističnom pucketanju u usisnom području, buci i vibracijama crpke. Kavitaciju prati i kemijska destrukcija (korozija) materijala pumpe pod utjecajem kisika i drugih plinova koji se oslobađaju iz tekućine u području niskog tlaka.
Uz istovremeno djelovanje korozije i cikličkog mehaničkog naprezanja, čvrstoća metalnih dijelova pumpe brzo opada. Istovremeno, učinak kavitacije na metalni dijelovi trošenje pumpe se povećava ako dizana tekućina sadrži suspendirane abrazivne tvari: pijesak, sitne čestice troske itd. Pod utjecajem kavitacije, površine dijelova postaju grube i spužvaste, što olakšava njihovu brzu abraziju suspendiranim tvarima. Zauzvrat, te tvari, abrazirajući površine dijelova crpke, doprinose povećanju kavitacije.
Lijevano željezo i ugljični čelik. Bronca i nehrđajući čelik su u tom pogledu otporniji. Kako bi se povećala stabilnost dijelova pumpe, koriste se zaštitni premazi. Da bi se to postiglo, površine dijelova se spajaju s tvrdim legurama, koriste se lokalno površinsko otvrdnjavanje i druge metode zaštite. Međutim, glavna mjera za suzbijanje preranog trošenja protočnog dijela pumpe je sprječavanje kavitacijskih načina njihovog rada.

Za rad crpke bez kavitacije potrebno je osigurati uvjete pri kojima bi tlak na ulazu u crpku pv bio veći od kritičnog, odnosno veći od tlaka zasićene pare dizane tekućine p„. Da bi se spriječio fenomen kavitacije, potrebno je da specifična energija protoka (u odnosu na os rotora pumpe) bude dovoljna da osigura brzine i ubrzanja protoka na ulazu u pumpu i savlada hidraulički otpor bez pada lokalni pritisak do vrijednosti koje dovode do stvaranja kavitacije.

Rezerva kavitacije, tj. višak specifične energije toka energije koji odgovara tlaku zasićene pare dizane tekućine, jednak je:

gdje je h apsolutni tlak na ulazu u pumpu.

Vrijednost h ovisi o vrsti i izvedbi crpke. Za svaku pumpu se eksperimentalno utvrđuje minimalna vrijednost rezerva kavitacije hmin. Ali u Tehničke specifikacije crpke, naznačena je vrijednost dopuštene kavitacijske rezerve, tj. takve kavitacijske rezerve koja pouzdano osigurava rad crpke bez promjene njegovih glavnih tehničkih pokazatelja. Dopuštena rezerva kavitacije h dodatni =Kd h. Faktor sigurnosti Kd, ovisno o izvedbi, vrsti i namjeni crpke, uzima se u rasponu od 1,1 - 1,5.
Norma ISO 2548 uvodi nešto drugačiji koncept kavitacijske rezerve. Ovaj dokument uvodi pojam "ukupna usisna visina tijekom pražnjenja" (tj. kada crpka radi). Ovaj pojam je označen (NPSH). Matematički (NPSH) se izražava na sljedeći način:

gdje je Z 1 udaljenost od ulazne ravnine do osi rotora; pv—višak tlaka na ulazu pumpe.

Na ulazu u pumpu tlak pb je obično negativne vrijednosti. Uspoređujući izraz (NPSH) s formulom koja opisuje rezervu kavitacije, lako je vidjeti da se razlikuje samo u prisutnosti člana Z 1, koji uzima u obzir razliku u geometrijskim visinama težišta crpke. ulaznu cijev i impeler. Za velike pumpe ova vrijednost može biti značajna.
Iz relacija (2.27) i (2.31) proizlazi da je dopuštena visina usisavanja vakuuma

gdje je p a tlak koji odgovara atmosferskom tlaku (smanjena visina atmosferskog tlaka), metri stupca dizane tekućine; h n.p - tlak koji odgovara tlaku zasićene pare dizane tekućine (smanjena visina tlaka zasićene pare tekućine), metri stupca tekućine.

Dopuštena geometrijska visina usisa izračunava se iz relacija (2.26) i (2.32)

Dakle, dopuštena geometrijska usisna visina crpne jedinice jednaka je dopuštenoj vakuumskoj usisnoj visini crpke umanjenoj za gubitak tlaka u usisnoj cijevi. U tehnička dokumentacija pumpe (katalozi, putovnice itd.) označavaju dopuštenu visinu usisa (ili dopuštenu rezervu kavitacije) za normalne uvjete, tj. za atmosferski tlak od 0,1 MPa (što približno odgovara 760 mm Hg) i temperaturu dizane tekućine 20° C.

Za vodu i otpadnu tekućinu, dopuštena visina usisa u odnosu na stvarne radne uvjete crpke izračunava se relacijom

a dopuštena geometrijska usisna visina je prema formuli

gdje je Nv.add. — nazivna dopuštena visina usisavanja (prema katalogu); pa/pg - smanjena visina atmosferskog tlaka, m vode. Umjetnost.; 0,24 -. Hp.p vrijednost za vodu pri t=20C.
Vrijednosti smanjene visine atmosferskog tlaka pa/pg, ovisno o položaju područja iznad razine mora, navedene su u nastavku:

Vrijednosti visine tlaka zasićene vodene pare h n.p ovisno o temperaturi vode dane su u nastavku:

Gubici tlaka u usisnom cjevovodu sastoje se od gubitaka zbog trenja pri kretanju tekućine kroz cijev i gubitaka zbog lokalnog otpora

gdje je i gubitak tlaka po 1 m duljine cijevi; l je duljina cjevovoda; E£ - zbroj lokalnih koeficijenata otpora; c je brzina kretanja pri ulasku dogradni dio(armatura), m/s.

Kada pumpa radi, razlika tlaka u prihvatnom spremniku i u kućištu pumpe mora biti dovoljna da savlada tlak stupca tekućine i hidraulički otpor u usisnom cjevovodu, stoga je proračun i projektiranje usisnog voda jedan od najvažniji zadaci pri projektiranju crpne instalacije.

Poziva se okomita udaljenost od razine tekućine u prihvatnom spremniku do središta rotora pumpe geometrijska usisna visina hvs. Da bismo pronašli dopuštenu geometrijsku visinu usisa, napišemo Bernoullijevu jednadžbu. Za sekcije O-O I 1-1 (riža. A):

gdje je S hs- iznos gubitka tlaka u usisnom cjevovodu.

S obzirom da je z1- z0 = hvs, te da je Vo = 0 (prihvatni spremnik je dovoljan velike veličine), dobivamo

Ako je pritisak P1će pasti na tlak zasićenja pare dizane tekućine P.S na određenoj temperaturi doći će do kavitacije.

Kavitacija prevedeno na ruski znači stvaranje praznine. Fenomen kavitacije je proces poremećaja kontinuiteta strujanja tekućine, koji nastaje tamo gdje tlak, opadajući, dostigne tlak zasićene pare tekućine. Ovaj proces je popraćen stvaranjem velikog broja mjehurića ispunjenih tekućom parom i plinovima koji se oslobađaju iz nje. Budući da su u području niskog tlaka, mjehurići se spajaju, pretvarajući se u veliki mjehurićiŠupljine. Protok tekućine nosi šupljine u područje visokog tlaka, gdje se one uništavaju zbog kondenzacije pare koja ih ispunjava. U središtu svake šupljine dolazi do sudara čestica tekućine, što uzrokuje vodeni čekić. Eksperimenti su pokazali da kada se mjehurići rasprsnu, lokalni tlak i lokalna temperatura rastu.

U tom slučaju lokalni tlak doseže vrijednosti veće od 100 MPa, što je popraćeno stvaranjem pozitivno i negativno nabijenih ionskih čestica.

Ova pojava dovodi do uništenja radnih dijelova pumpe. Stoga je kavitacija u crpkama neprihvatljiva. Aluminij i strojno obrađeni lijevano željezo posebno brzo propadaju, dok se nehrđajući čelik, koji ima veliku žilavost, pokazao najotpornijim. Pri brušenju i poliranju povećava se otpornost metala na kavitacijska oštećenja. Korištenje materijala koji su otporni na kavitacijska oštećenja omogućuje rad u uvjetima lokalne kavitacije u kratkom vremenskom razdoblju.

Prvi i glavni uvjet za uklanjanje kavitacije je točna oznaka dopuštene visine usisavanja.

U praksi se odabire tlak na ulazu crpke nešto viši od tlaka zasićenja parom, tj.

gdje je DRzap rezerva tlaka koja jamči od pojave kavitacije.

Stoga,

rezerva kavitacijske glave,

Iz formule je jasno da je za povećanje geometrijske visine usisavanja potrebno smanjiti gubitke u usisnom cjevovodu, brzinu na ulazu u pumpu i tlak zasićenja pare. U tom smislu, usisni vod crpke je što kraći, velikog promjera, s minimalnim pregibima i lokalnim otporom. Smanjite vrijednost Rs u većini slučajeva to je nemoguće, jer je određeno samo temperaturom dizane tekućine. Međutim, ako se pojavi takva prilika, tada se ova temperatura mora smanjiti.

Maksimalna geometrijska usisna visina crpki ne može biti veća od Štakor/str., koja za vodu iznosi 10 m Visina usisavanja centrifugalnih pumpi obično ne prelazi 6...7 m. Ako proračun pokaže hvs< 0, то насос необходимо ставить ниже уровня жидкости в приемном резервуаре (затопленный насос). Так как

gdje je Nvac visina usisavanja vakuuma,

onda možemo pisati

Prema tome, visina vakuumskog usisavanja sastoji se od geometrijske visine usisavanja hvc, gubitka tlaka S hs u usisnom cjevovodu i brzinski tlak na ulazu pumpe v 2 1/2g.

Dopuštena visina vakuumskog usisavanja uvijek je manja od rezervne visine kavitacije, tj.

U katalozima i putovnicama crpki navedena je dopuštena visina vakuuma ili dopuštena rezerva kavitacije.

pronađite geometrijsku usisnu visinu crpke:

U usisnom vodu crpki dolazi do vakuuma. Uzroci razrjeđivanja su:

1) gubitak energije u usisnom vodu;

2) troškovi energije za podizanje tekućine na visinu N Sunce ;

3) inercijski gubici u usisnom cjevovodu, ovisno o brzini "ubrzanja" rotora pumpe. Što se brže postigne puna brzina i što je manji promjer usisne cijevi, to su veći gubici inercije.

Zbog toga može doći do vrenja dijela tekućine i pojave tzv kavitacija. Kavitacija je proces stvaranja mjehurića pare u debljini tekućine koja se kreće pri smanjenju hidrostatskog tlaka i kondenzacija tih mjehurića unutar tekućine u zoni povećanja hidrostatskog tlaka. Kod pumpi s lopaticama postoji minimalna vrijednost ovog tlaka, pa se stoga najveća vjerojatnost kavitacije javlja u blizini ulaznog ruba lopatice, tj. gdje je protok maksimalan.

U trenutku potpune kondenzacije dolazi do naglog porasta tlaka na mjestu gdje se javlja (do stotina atmosfera). Ako je mjehurić bio na površini kotača, tada se udar vrši na tu površinu, što zauzvrat uzrokuje eroziju materijala. Proces razaranja radnih dijelova crpke pojačan je korozijom uzrokovanom intenzivnim oslobađanjem kisika otopljenog u vodi. Kavitacija je popraćena udarima, bukom, pa čak i vibracijama pumpne jedinice, što uzrokuje pad tlaka, protoka i učinkovitosti pumpe. Stoga je kavitacija negativan proces.

Dopuštena usisna visina centrifugalne pumpe. Razmotrimo proces nastanka kavitacije u kotaču lopatica. Neka tekućina ulazi u kotač relativnom brzinom w 1 i pritisak P 1 . Kada teče oko lopatice, najveća brzina će biti na konkavnom dijelu lopatice. U skladu s tim, statički tlak ovdje će biti minimalan u nekoj točki strujne linije duž ove površine lopatice (). Stanje bez vrenja

P min > P t , (2.31)

gdje je P t tlak zasićene pare, Pa.

Razlika se naziva kritični kavitacijski broj. Koristeći Bernoullijevu jednadžbu to možemo dobiti

Gotovo visine N Sunce odaberite tako da ukupni usisni tlak ispred rotora premašuje tlak zasićene pare za iznos koji se naziva rezerva kavitacije:

Kritična rezerva kavitacije

Uvedimo pojam statičke usisne visine H S kao zbroj usisne visine i gubitka usisne visine

Maksimalno statičko dizanje usisa

Gdje P a- atmosferski tlak, Pa.

Obično se za sprječavanje kavitacije propisuje da dopuštena rezerva kavitacije premašuje kritičnu za 20-30%, tj.

Tada je dopuštena statička usisna visina:

Kritična rezerva kavitacije određena je formulom S.S. Rudneva

Gdje n– brzina vrtnje kotača, o/min;

L– protok druge pumpe, m 3 /s;

c – koeficijent brzine kavitacije, određen eksperimentalno i ovisno o izvedbi crpke.

Stoga se za određivanje kritične rezerve kavitacije provode ispitivanja za određivanje kavitacijske karakteristike crpke, koja određuje najmanju dopuštenu vrijednost tlaka ispred crpke. Δ h. Primjer takve karakteristike prikazan je na sl. 3.9. poglavlje 3.

Veličina Δ h povećava s povećanjem hrane. Na primjer, za pumpu nekog dizajna s L= 40 m3/h Δ h= 2 m.vodenog stupca, a na L= 160 m3/h Δ h= 9 m.vodeni stupac Posljedično, u drugom slučaju, ključanje je moguće kada se dovodi hladna voda ( t=20⁰S, R t= 2,34 kPa).

Prilikom pumpanja vruće tekućine, vrijednost može biti negativna. U tom slučaju, prijemni spremnik treba biti instaliran iznad pumpe. Stoga se npr. napojne pumpe termoelektrana postavljaju ispod odzračivača. Visina usisne visine ovisi o temperaturi dizane tekućine, kao io dizajnu crpke. Prilikom određivanja ove vrijednosti prije svega treba slijediti upute proizvođača. Tlak P a uzima se prema klimatološkim podacima odgovarajuće regije. Međutim, stvarni atmosferski tlak odstupa od izračunatog, obično unutar ±5%. Kao rezultat toga, tlak koji stvara varira u rasponu

±0,5 m vodenog stupca Stoga je preporučljivo uzeti minimalni tlak ispred crpke 0,5 m viši od onog naznačenog u krivulji kavitacije.