Funcționarea pompelor constă din două procese: aspirație și refulare. O pompă de orice fel este caracterizată de următorii parametri: înălțimea de aspirație, înălțimea de refulare, înălțimea totală, debitul, puterea și eficiența totală (eficiența).
Cap de aspirație.
Distingeți între înălțimea de aspirație teoretică, în vid și geometrică (practică).
Creșterea apei în conducta de aspirație a pompei are loc sub influența diferenței de presiune atmosferică și presiune (vid) în pompa în sine. Prin urmare, teoreticul ridicare de aspirație pompa (H t) egală cu prima atmosferă și o componentă de 10,33 metri coloană de apă, sau 760 mm. coloana de mercur, sau 1 kgf / cm 2, sau 10 5 Pa este practic de neatins. Îmbunătățind designul și materialele pompei, capul acesteia de aspirație poate fi adus mai aproape de valoarea Ht.
Capul de aspirație vacuummetric (H in) este cantitatea de vid creată de pompă, iar în sensul energetic este energia, exprimată în metri, de care lichidul are nevoie pentru a se ridica la capul de aspirație. H in depinde, de regulă, de puterea pompei, creând un vid și se măsoară în metri de coloană de apă. Citirile vacuometrului instalat pe pompă corespund cu capul de vid. Pentru o pompă de incendiu din seria PN-40 și analogii săi H v = 8 m. Apă. Artă.
Înălțimea de aspirație geometrică (practică) H g este diferența de semne dintre suprafața apei și axa pompei. Ridicarea geometrică de aspirație depinde de valorile și mărimile mai multor parametri:
Presiunea atmosferică are un efect direct asupra valorii lui Н g, care se modifică vizibil în funcție de altitudinea deasupra nivelului mării. De exemplu, la o altitudine de 0 m, presiunea atmosferică este de 10,33 m. Apă. Art., iar la altitudinea de 2000 m - 7,95 m. apă. Artă.
Hg depinde foarte mult de presiunea de vapori a fluidului de aspirare. Presiunea vaporilor saturați este presiunea la care fierbe un lichid la o anumită temperatură (vorbim despre o presiune a lichidului sub atmosferică). Presiunea vaporilor și, prin urmare, puterea de aspirație sunt foarte dependente de temperatură și tipul lichidului pompat. Se știe că odată cu scăderea presiunii, punctul de fierbere al unui lichid scade. Dacă presiunea de aspirație (în mod natural este mai mică decât cea atmosferică) P BC este mai mică decât presiunea de vapori saturați a lichidului de aspirație P n, atunci va începe să se formeze abur și pompa se va opri.
Astfel, o condiție prealabilă pentru funcționarea normală a pompei este:
P n< Р вс < Р атм
De exemplu, la o temperatură a apei de 100 ºС Р n = Р atm = 1 kg / cm 2 (10 m. coloană de apă) și la o temperatură a apei de 20 ºС Р n = 0,024 kg / cm 2 (0,24 m. apă) . Art.), prin urmare, cu cât temperatura lichidului este mai mare, cu atât este mai dificil să-l ridici cu o pompă. Asociat cu acest fenomen cavitație- procesul de formare a bulelor de aer într-un lichid. În timpul cavitației, are loc autofierberea lichidului, bulele de vapori sunt transportate de fluxul în mișcare și, întâlnind suprafețele solide ale carcasei și rotorului, sunt distruse ("colaps"). În acest caz, va fi eliberată multă energie, din cauza căreia suprafețele cavității interioare a pompei sunt deteriorate și chiar cu expunere prelungită (fenomenul de eroziune prin cavitație). Cavitația este însoțită de zgomot și zgomot de crăpare în interiorul pompei. Pentru a evita uzura prematură a părților de lucru ale pompei, nu este permisă funcționarea acesteia în modul cavitație.
Fenomenele de cavitație pot apărea atunci când pompa funcționează cu o ridicare geometrică mare de aspirație. Prin urmare, capul de aspirație trebuie să fie astfel încât cavitația să nu fie posibilă.
Înălțimea maximă admisă de aspirație poate fi determinată folosind formula:
unde: P n - presiunea aburului saturat;
γ este greutatea specifică a lichidului;
h soare - pierdere de sarcină în conducta de aspirație;
ΔН - rezerva de cavitație.
Valoarea marjei de cavitație este stabilită astfel încât să nu existe o scădere semnificativă a capului, iar rata de eroziune prin cavitație să fie limitată. De exemplu, pentru pompele din seria PN-40, rezerva de cavitație este de 3 m.
Fenomenele de cavitație pot apărea și la debite mari ale pompei, datorită scăderii presiunii (creșterii vidului) la admisia pompei. Prin urmare, atunci când apare cavitația, este necesar să se reducă debitul pompei.
În cele din urmă, ridicarea geometrică de aspirație depinde de pierderea de sarcină în conducta de aspirație sau de cantitatea de rezistență care trebuie depășită în conducta de aspirație.
h soare = S · Q 2,
unde: S este rezistența conductei de aspirație;
Q - debitul pompei.
Din tot ce s-a spus, rezultă că capul de aspirație geometric (practic) H g este determinat de expresia:
H g = H în - h soare - h pp - h r.atm,
unde: H în - cap de aspirație în vid;
h soare - pierdere de cap în conducta de aspirație;
h рп - pierderea de temperatură (presiune de vapori saturati);
h r.atm - pierderi de presiune in functie de inaltimea terenului deasupra nivelului marii.
De exemplu, pentru o pompă de incendiu din seria PN-40 N, g practic nu depășește 7 m în timpul funcționării în condiții normale, adică. la presiunea atmosferică P atm = 1 kg/cm 2 (10,33 m. coloană de apă) și o temperatură a apei de 20 ° C.
De obicei, înălțimea de aspirație admisă este indicată de producătorii pompelor în fișele tehnice ale produsului.
Înălțimea de descărcare.
Distingeți între înălțimile de livrare geometrice și cele ale ecartamentului.
Înălțimea de refulare geometrică este distanța verticală în metri de la axa pompei până la cel mai înalt punct de refulare H n.
Înălțimea de presiune manometrică este presiunea creată de pompa N man. Capul manometrului (lectura manometrului) este întotdeauna mai mare decât capul geometric (punctul real de livrare a fluidului) din cauza pierderilor rezultate în linia de presiune.
H om = H n + h n,
unde: h n - pierderea de presiune în linia de presiune, h n = S · Q 2;
S - rezistența liniei de presiune;
Q - debitul pompei.
Teoretic, nu există limite pentru înălțimea de descărcare, dar în practică aceasta este limitată de rezistența părților individuale ale pompelor și conductelor, precum și de puterea motoarelor de antrenare a pompei.
Presiune maximă.
Înălțimea totală dezvoltată de pompa H este cheltuită pentru ridicarea lichidului, depășirea rezistențelor din conductele de aspirație și refulare și crearea unei înălțimi libere.
H = H g + h soare + h n + H sv
unde: H g - înălțimea geometrică a creșterii apei (m);
h soare + h n - pierderi de sarcină în conductele de aspirație și presiune (m);
H sv - cap liber (m).
În practică, înălțimea totală dezvoltată de pompă este estimată din citirile manometrului și vacuometrului.
Alimentare cu pompa.
Debitul pompei este cantitatea de lichid pompată de pompă pe unitatea de timp. Distingeți între debitul masic (kg / s) și debitul volumetric (m 3 / min sau l / s). Cel mai adesea, alimentarea pompelor de incendiu este indicată în unități volumetrice: m 3 / min sau l / s.
Există o relație între cantitatea de lichid care intră în pompa Q 1 și lichidul care iese din pompa Q 2:
Q 1 = Q 2 + Q y,
unde: Q y - scurgeri volumetrice de lichid prin garniturile gâtului.
Puterea pompei.
Corpurile de lucru ale pompei în timpul funcționării transferă energie în fluxul de fluid. Această energie este furnizată de la motor.
Pentru o evaluare corectă a performanței energetice a motorului unitate de pompare este necesar să se facă distincția între puterea utilă (eficientă) și cea consumată.
Puterea utilă (efectivă) (Ne) a pompei merge la lucru pentru a muta un anumit volum de lichid Q la înălțimea H și este determinată de formulă.
 |
Unde: ρ - densitatea lichidului, kg/m 3;
g - accelerația gravitației, m / s 2;
Q - debitul pompei, m 3 / s;
Н - capul pompei, m.
Puterea consumată de pompă este întotdeauna mai mare decât puterea utilă, deoarece o parte din energie este cheltuită pe pierderi mecanice, hidraulice și volumetrice din pompă. Consumul de energie se numește puterea N furnizată părților de lucru ale pompei. Este determinat de formula:
unde: М - cuplul pe arborele pompei (motor), N m;
ω - viteza unghiulară de rotație a arborelui, s -1.
Eficiență maximă a pompei.
Când energia este transferată de la pompă la lichidul pompat, apar pierderi de energie volumetrice, hidraulice și mecanice.
Eficienta volumetrica.
Se știe că debitul real al pompei este întotdeauna mai mic decât debitul teoretic, adică. cantitatea de lichid care iese din pompă este întotdeauna mai mică decât cantitatea de lichid care intră în pompă. Acest lucru se datorează:
§ infiltratii de fluid prin garnituri, supape si pistoane, gradul de scurgere fiind dependent de precizia si starea de fabricatie detalii specificate pompa;
§ deschiderea si inchiderea tardiva a supapelor;
§ prezenta aerului in lichid.
Valoarea eficienței volumetrice caracterizează gradul de etanșeitate al pompei și este determinată de formula:
unde: H este înălțimea reală (dezvoltată) a pompei;
ΔН - pierderi de presiune pentru a depăși rezistențele din interiorul pompei;
Н + ΔН - cap teoretic al pompei.
Eficiență mecanică.
Eficiența mecanică este pierderea de putere prin frecare la rulmenți, etanșările arborelui etc. Valoarea eficienței mecanice caracterizează calitatea fabricării și raționalitatea proiectării rulmenților, etanșărilor (manșete) și a altor ansambluri în care apare frecarea pieselor.
Eficiența mecanică este determinată de formula:
Cerinte tehnice la unitățile de pompare ale autospecialelor de pompieri
Datorită particularităților de funcționare, următoarele cerințe de bază sunt impuse unităților de pompare ale autospecialelor de pompieri:
§ mic dimensiuniși masa, care este necesară pentru utilizarea rațională a capacității de transport și a volumului caroseriei autospecialei de pompieri;
§ fiabilitate ridicată, inclusiv atunci când se lucrează la apă poluată;
§ pregătirea constantă pentru muncă;
§ proprietati mari de cavitatie;
§ o formă plată a caracteristicii de presiune, adică o ușoară modificare a capului pompei în domeniul debitului de la zero la maxim la o viteză constantă - o reducere semnificativă a presiunii);
§ consistenta parametrilor pompei si motorului, in lipsa carora parametrii pompei nu pot fi implementati pe o autospeciala de pompieri;
§ timpul minim de umplere a conductei de aspirație și a pompei cu apă înainte de a începe utilizarea sistemului de vid (nu mai mult de 40 de secunde de la o înălțime geometrică de aspirație de cel puțin 7,5 m);
§ simplitatea si usurinta in controlul unitatii de pompare;
§ posibilitatea functionarii continue pe termen lung in regim maxim in intervalul specificat de temperaturi ambientale (conceperea pompelor de presiune normala ar trebui sa asigure functionarea continua a acestora in regim nominal timp de cel putin 6 ore, pompele presiune ridicata- minim 2 ore);
§ acces gratuit pt întreținere, simplitatea și comoditatea sa (absența elementelor care necesită reglaje periodice, numărul minim de puncte de lubrifiere și scurgere a apei, posibilitatea demontării parțiale a unităților direct pe autospeciala de pompieri);
§ nivel scăzut de zgomot și fără vibrații în timpul funcționării (nivel mediu de zgomot, pompat atunci când funcționează în modul nominal, nu trebuie să fie mai mare de 85 dB.);
§ folosirea acelorași calități de uleiuri și grăsimi care se folosesc pentru unitățile și ansamblurile șasiului unei mașini de pompieri.
Camioanele de pompieri sunt de obicei echipate cu pompe centrifuge. Acest lucru se datorează faptului că pompele centrifuge au un număr de merite importante: uniformitatea aprovizionării cu agenți de stingere a incendiilor (alimentare fără pulsații); capacitatea de a lucra „pentru sine” (adică atunci când duza de incendiu este blocată, furtunul de incendiu este blocat sau furtunul de incendiu este îndoit, sistemul de alimentare cu apă nu suprapresiune), ușurința controlului și întreținerii pompei în timpul funcționării pe incendii.
Este important pentru camioanele de pompieri ca pompele centrifuge să nu necesite o acționare complexă a motorului, iar dimensiunile și masele lor sunt relativ mici.
În același timp, pompele centrifuge au și o serie de dezavantaje, dintre care cel mai important este că nu sunt autoamorsante - funcționează doar după umplerea prealabilă a conductei de aspirație și pompare cu apă. Acest dezavantaj este compensat de dispozitive care permit umplerea conductelor de aspirație și a cavității pompei din rezervoare. În plus, pe autospecialele de pompieri sunt instalate pompe auxiliare pentru a umple cu apă cavitatea furtunului de aspirație și a carcasei pompei. În acest scop, se folosesc pompe cu jet de gaz, rotative, cu piston și alte pompe. Pompele auxiliare funcționează pentru o perioadă scurtă de timp, numai când pompa centrifugă este pornită. Instalarea unor astfel de pompe complică proiectarea unității de pompare, necesită un dispozitiv de antrenare suplimentar pentru funcționarea lor.
Caracteristicile de presiune și energie ale unei pompe centrifuge determină dependența de presiune, consumul de energie și eficiența. din alimentarea pompei. Aceste dependențe sunt reprezentate grafic de curbele Q – H, Q – N și Q-η la o frecvență constantă de rotație a rotorului pompei n (vezi Fig. 3.7).
Capul de presiune și caracteristicile energetice sunt construite după cum urmează. Prin reglarea gradului de deschidere a robinetului de deschidere pe duza de refulare, la o frecvență constantă de rotație a arborelui pompei, se obțin diferite valori ale alimentării Q. Fiecare valoare a lui Q corespunde presiunii H, puterii N. si eficienta. η pompa. Apoi, pe axa absciselor, valorile de avans sunt reprezentate pe scara acceptată, iar valorile obținute ale lui H, N și η sunt reprezentate pe axa ordonatelor. Punctele rezultate sunt conectate cu linii netede. Graficul caracteristicilor Q-η (vezi Fig. 3.7) arată că
 |
valoarea maximă a K.P.D. (punctul A) corespunde unui anumit debit Q A și înălțime H A. Punctul A se numește optim și corespunde modului optim de funcționare al pompei.
Influența turației rotorului asupra parametrilor de funcționare ai unei pompe centrifuge se manifestă astfel.
Debitul pompei centrifuge se modifică proporțional cu viteza rotorului: Q 1 / Q 2 = n 1 / n 2.
Înălțimea dezvoltată de pompă se modifică proporțional cu pătratul turației rotorului: Н 1 / Н 2 = (n 1 / n 2) 2.
Puterea consumată de pompă variază proporțional cu cubul turației rotorului: N 1 / N 2 = (n 1 / n 2) 3.
Lectura6
Cavitația în pompele cu palete
Întrebări: 1. Conceptul de cavitație. Cauzele apariției sale și măsuri preventive
2. Cap de aspirație permis
3. Teste de cavitație
1. Conceptul de cavitație. Cauzele apariției sale și măsuri preventive
Cavitația este un proces de perturbare a continuității unui flux de lichid, care începe în acele zone în care presiunea scade la una critică (presiunea de vaporizare) și se termină în zone cu o presiune mai mare decât cea critică. În locurile cu presiune redusă, lichidul fierbe, rezultând formarea de bule de gaz eliberate din apă. Aceste bule, care se încadrează într-o zonă de presiune crescută, se prăbușesc, particulele lichide se repezi în microgoluri și, ciocnind unele cu altele, provoacă șocuri locale de apă. Gazul se dizolvă din nou în apă, iar particulele lichide, umplând microgolurile situate pe pereții căii de curgere a pompei, lovesc metalul, ceea ce duce la distrugerea acestuia. Astfel, fenomenul de cavitație afectează negativ funcționarea pompei, făcând-o instabilă și distrugând unitatea de pompare.
Cavitația poate fi profil care rezultă dintr-un profil incorect delimitat al căii de curgere, crestat care decurg din defecte de proiectare și stare brută, care apare din rugozitatea excesivă a pereților căii de curgere a pompei. Acest lucru este monitorizat de designeri și producător.
În timpul funcționării pompei, cavitația poate apărea din următoarele motive:
1) cap de aspirație mare, adică pompa este instalată la mare distanță de apă;
2) presiune atmosferică scăzută la suprafața apei;
3) temperatura ridicată a lichidului pompat;
4) rezistente mari in conducta de aspiratie datorita diametrului sau gresit ales sau datorita lungimii sale mari si rezistentei locale;
5) scurgeri în conducta de aspirație.
Principala precauție împotriva cavitației este alegerea corectă a capului geometric de aspirație.
Măsuri suplimentare: creșterea presiunii la suprafața apei din aval, scăderea temperaturii lichidului, reducerea lungimii conductelor de aspirație etc.
2. Înălțime admisă aspiraţie
Aceasta este înălțimea instalației pompei în raport cu nivelul apei din aval, deasupra căruia are loc cavitația. În consecință, pompa trebuie instalată cu o ridicare geometrică de aspirație care trebuie să fie mai mică decât cea admisă, adică.
h v h v adăuga . (5.1)
Anterior, a fost obținută o formulă pentru capul de vid:
H vac = H v.p. + V la 2/2g. (5,2)
Aici H v.p = h v + h T. v. , (5.3) unde H c.p. - cap de aspirație geometric redus,
h in - cap de aspiratie geometric, h t.v. - pierderea de sarcină în conducta de aspirație, V in - turația în conducta de aspirație.
Din formula (5.2) exprimăm H c.p.
H. p. = H vac - V în 2 / 2g și introducem corecții în expresia rezultată, ținând cont de condițiile de funcționare ale pompei (temperatura apei, presiunea la suprafața acesteia). Obținem capul de aspirație geometric redus admisibil
N vp adăuga = H vac adăuga - V v 2 / 2g - h n.zh. - (H A - H b ) . (5.4)
În expresia obţinută: N vac dop - presiunea de vid admisibilă, după care se produce cavitaţia la o temperatură de 18 o C. Determinată pe baza testelor de cavitaţie a pompei; h p.zh. - presiunea in mm Hg. coloană, după care lichidul fierbe la o temperatură dată, adică.
h p.zh. = (t o C); H a și H b - presiunea atmosferică normală și barometrică reală la suprafața apei.
Dacă înlocuim valoarea lui H v.p add în formula (5.3) și exprimăm h din aceasta, atunci obținem formula prin care se determină înălțimea de aspirație geometrică admisă, adică.
h v adăuga = H vp adăuga - h TELEVIZOR. . (5.5)
Aici, înălțimea de vid admisă redusă a aspirației H vp dop este determinată prin formula (5.4), în care este necesar să se cunoască H vac dop, iar aceasta din urmă este determinată pe baza testelor de cavitație. În lipsa lor, H vp. extra este determinat de formula lui Tom:
H. p. se adaugă = H și -h p.zh. + V în 2 / 2g - H,
unde Н este rezerva de cavitație, Н este capul pompei,
-coeficientul de cavitație, determinat de formula Rudnev:
pentru pompe cu admisie unidirecțională = 216 n s 4/3 / 10 6;
pentru pompe cu admisie dublă = 136 n s 4/3 / 10 6.
Toate aceste recomandări se aplică atât pompelor centrifuge, cât și pompelor cu debit axial. Recent, însă, a fost introdusă în practică o metodă ușor diferită de calculare a înălțimii admisibile de aspirație, care va fi discutată mai jos.
3. Teste de cavitație
Testele de cavitație sunt efectuate în circuite deschise sau închise. Scopul lor este de a furniza date pentru calcularea ridicării admisibile de aspirație. La testarea în circuit deschis (se vor efectua în timpul lucrului de laborator), se obțin valorile H vac dop, în funcție de debit, care se aplică caracteristicii pompei. Se numește curba H vac dop = f (Q). caracteristica cavitatii pompa.
Testul cu circuit închis se efectuează de obicei pe pompe cu debit axial. Schema de instalare este prezentată în Fig. 5.1.
Figura 5.1. Circuit inchis
teste de cavitație
Aici, cavitația este cauzată de o scădere treptată a presiunii de către o pompă de vid (VH) din rezervor, care este în aval de pompa testată. În urma testelor se obține valoarea rezervei de cavitație h add, care este determinată de formula
h = H a - H vac + V în 2 / 2g, (5.6)
unde H a este presiunea atmosferică normală, H vac este citirea vacuometrului instalat pe conducta de aspirație a pompei.
Valorile lor, în funcție de debitul, sunt reprezentate sub formă de curbe pe caracteristica dimensională universală. Curbele sunt aplicate caracteristicii adimensionale, convertite în coeficienți adimensionali:
К h = h / n 2 D 2 și К Q = Q / n D 3.
În acest caz, valoarea redusă admisibilă a capului de vid H vac dop este determinată de formula
N vac add = N a - h p.zh. - h. (5,7)
Prin urmare, atunci când se calculează înălțimea de aspirație admisă conform formulei (5.5), valoarea H vac dop, determinată prin formula (5.7), este înlocuită în aceasta. Restul calculului este același.
După ce s-a determinat înălțimea de aspirație admisă conform oricăreia dintre metodele descrise mai sus și luând înălțimea de aspirație geometrică conform condiției (5.1), este posibilă determinarea cotei axei pompei.
o = n.b. + h in, unde o este marcajul axei pompei, n.b. - marcaj de apa in aval, h in - cap de aspiratie geometric.
Lichidul este furnizat prin conducta de aspirație către rotorul pompei sub influența diferenței de presiune din rezervorul de primire și a presiunii absolute în fluxul de la intrarea în rotor. Acesta din urmă depinde de locația pompei în raport cu nivelul suprafeței lichidului din rezervor și de modul de funcționare al pompei. În practică, există trei scheme principale de instalare. Pompe centrifuge:
- axa pompei este deasupra nivelului lichidului din rezervorul (camera) de recepție - fig. 2,9, a;
- axa pompei este sub nivelul lichidului din rezervorul de primire (vezi Fig. 2.9, b);
- lichidul din rezervorul de recepție este sub suprapresiune m (vezi Fig. 2.9.6).
Din ecuația Bernoulli pentru două secțiuni (în cazul nostru, pentru nivelul lichidului din rezervorul de recepție 0 - 0 și secțiunea 1 - 1 la admisia pompei (vezi Fig. 2.8)) rezultă
unde h p.v. - pierderi in conducta de aspiratie; p a - presiunea atmosferică, Pa; p in - presiunea absolută la intrarea pompei, Pa; cu viteza de intrare la admisia pompei, m/s.
Partea stângă a ecuației (2.26) este înălțimea de vid a pompei și se măsoară în metri ai coloanei de lichid pompat.
Orez. 2.9. Scheme de instalare a pompelor centrifuge
Din expresiile (2.26) și (2.27) rezultă:
Dacă apa intră în pompă cu contrapresiune (vezi Fig. 2.9, b), atunci
O valoare negativă a lui H în indică funcționarea pompei cu cap. Când pompa funcționează conform schemei prezentate în fig. 2.9, c, expresia pentru înălțimea de aspirație în vid ia forma:
unde P este presiunea absolută a mediului deasupra suprafeței libere a lichidului, Pa.
În funcție de designul pompei cu palete, ridicarea geometrică de aspirație este socotită diferit. Pentru pompele orizontale, H g.w este diferența dintre marcajele axei pompei și nivelul lichidului din rezervorul de recepție. Pentru pompele cu ax vertical, H g.w se numără de la mijlocul muchiilor de intrare ale palelor rotorului (în pompele cu mai multe trepte ale rotorului din prima treaptă) până la suprafața liberă a lichidului din rezervorul de recepție (camera, puțul).
Funcționarea normală a unei pompe centrifuge este asigurată într-un astfel de mod când presiunea absolută în toate punctele cavității sale interne mai multa presiune vapori saturați ai lichidului pompat la o temperatură dată. Dacă această condiție nu este îndeplinită, atunci încep fenomenele de vaporizare și cavitație, care duc la scăderea sau chiar oprirea debitului pompei (pompa „se defectează”).
Cavitația se referă la procesele de întrerupere a continuității fluxului de fluid care au loc unde presiunea locală scade și atinge o anumită valoare critică. În acest caz, se observă formarea unui număr mare de bule minuscule umplute cu vapori de lichid și gaze eliberate din acesta. Formarea bulelor este superficial similară cu fierberea lichidului. Bulele rezultate din scăderea presiunii cresc în dimensiune și sunt purtate de flux. În acest caz, există o creștere locală a vitezei de mișcare a fluidului din cauza constrângerii secțiune transversală curge cu bule eliberate de abur sau gaz.
Intrând într-o zonă cu o presiune peste cea critică, bulele se prăbușesc, în timp ce distrugerea lor are loc cu o viteză mare și, prin urmare, este însoțită de un șoc hidraulic local în această zonă microscopică. Deoarece condensul ocupă o anumită zonă și are loc continuu pentru o lungă perioadă de timp, acest fenomen duce la distrugerea unor suprafețe semnificative ale rotoarelor sau paletelor de ghidare. În practică, apariția cavitației în timpul funcționării pompei poate fi detectată prin trosnetul caracteristic în zona de aspirație, zgomotul și vibrația pompei. Cavitația este, de asemenea, însoțită de distrugerea chimică (coroziunea) materialului pompei sub influența oxigenului și a altor gaze eliberate din lichid în zona de presiune redusă.
Odată cu acțiunea simultană a coroziunii și a stresului mecanic ciclic, rezistența pieselor metalice ale pompei scade rapid. În acest caz, efectul cavitației asupra Părți metalice pompa se intensifică dacă lichidul pompat conține substanțe abrazive în suspensie: nisip, particule fine de zgură etc. Sub acțiunea cavitației, suprafețele pieselor devin rugoase, spongioase, ceea ce contribuie la abraziunea rapidă a acestora de către substanțele în suspensie. La rândul lor, aceste substanțe, abrazând suprafețele pieselor pompei, sporesc cavitația.
Fonta și oțelul carbon sunt cele mai susceptibile la distrugerea prin cavitație. Bronzul și oțelurile inoxidabile sunt mai rezistente în acest sens. Pentru a crește stabilitatea pieselor pompei, utilizați acoperiri de protectie... Pentru aceasta, suprafețele pieselor sunt sudate cu aliaje dure, se utilizează călirea locală a suprafeței și alte metode de protecție. Cu toate acestea, principala măsură de combatere a uzurii premature a căii de curgere a pompelor este prevenirea modurilor de cavitație ale funcționării acestora.
Pentru funcționarea fără cavitație a pompei, este necesar să se asigure condiții în care presiunea la intrarea pompei pv ar fi mai mare decât cea critică, adică mai mare decât presiunea vaporilor saturați a lichidului pompat pn. Pentru a preveni fenomenul de cavitație, este necesar ca energia specifică a debitului (referită la axa rotorului pompei) să fie suficientă pentru a asigura viteze și accelerații în debit la intrarea în pompă și pentru a depăși rezistența hidraulică fără a scădea. presiune locală la valori care duc la formarea cavitației.
Marja de cavitație, adică excesul de energie specifică a fluxului de energie corespunzător presiunii vaporilor saturați a lichidului pompat, este egală cu:
unde h este presiunea absolută la admisia pompei.
Valoarea lui h depinde de tipul și designul pompei. Pentru fiecare pompă, aceasta este setată experimental valoarea minima rezerva de cavitatie hmin. Dar în caracteristici tehnice a pompei, este indicată valoarea marjei admisibile de cavitație, adică o astfel de marjă de cavitație care asigură în mod fiabil funcționarea pompei fără a modifica principalii indicatori tehnici. Marja de cavitație admisă h add = Kd h. Factorul de siguranță Kd, în funcție de proiectarea, tipul și scopul pompei, este luat în intervalul 1,1 - 1,5.
Standardul ISO 2548 introduce un concept ușor diferit al spațiului de cavitație. Acest document introduce termenul „înălțime totală de aspirație la refulare” (adică atunci când pompa este în funcțiune). Acest termen este notat cu (NPSH). Matematic (NPSH) se exprimă după cum urmează:
unde Z 1 este distanța de la planul de intrare la axa rotorului; pw - suprapresiune la admisia pompei.
La admisia pompei, presiunea pw, de regulă, este negativă. Comparând expresia (NPSH) cu formula care descrie înălțimea cavitației, este ușor de observat că aceasta diferă numai prin prezența termenului Z 1, care ia în considerare diferența de înălțimi geometrice ale centrului de greutate al pompei. duza de admisie și rotorul. Pentru pompele mari, această valoare poate fi semnificativă.
Din relațiile (2.27) și (2.31) rezultă că aspirația admisibilă a capului de vid
unde p a este înălțimea corespunzătoare presiunii atmosferice (înălțimea redusă a presiunii atmosferice), metri ai coloanei de lichid pompat; h n.p - presiunea corespunzătoare presiunii de vapori saturați a lichidului pompat (înălțimea redusă a presiunii de vapori saturați a lichidului), metri ai coloanei de lichid.
Înălțimea de aspirație geometrică admisă se calculează din relațiile (2.26) și (2.32)
Astfel, înălțimea de aspirație geometrică admisă a unității de pompare este egală cu înălțimea de aspirație în vid admisă a pompei minus pierderea de sarcină în conducta de aspirație. Documentația tehnică pentru pompe (cataloage, pașapoarte etc.) indică înălțimea de aspirație admisă (sau marja de cavitație admisă) în condiții normale, adică pentru presiunea atmosferică de 0,1 MPa (care corespunde aproximativ la 760 mm Hg) și temperatura pompei. peste lichid 20 ° С.
Pentru apă și lichid rezidual, ridicarea admisibilă de aspirație în raport cu condițiile reale de funcționare a pompei este calculată prin raport
iar capul de aspirare geometric admisibil - conform formulei
unde Нв.доп. - cap de aspiratie nominal admisibil (conform catalog); pа / pg - altitudine redusă a presiunii atmosferice, m apă. art.; 0,24 -. Valoarea Hp pentru apă la t = 20C.
Valorile altitudinii reduse a presiunii atmosferice pа/pg, în funcție de locația terenului deasupra nivelului mării, sunt indicate mai jos:
| Înălțime deasupra nivelul mării, m |
-600 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 100 | 1500 | 2000 | |
| pа / pg, m coloană de apă | 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 |
Valorile înălțimii presiunii vaporilor de apă saturați hnp în funcție de temperatura apei sunt date mai jos:
Pierderea de sarcină în conducta de aspirație este suma pierderii prin frecare atunci când fluidul trece prin conductă și pierderea de rezistență locală.
unde i este pierderea de presiune pe 1 m de lungime a conductei; l este lungimea conductei; E £ - suma coeficienților de rezistență locală; с - viteza de deplasare la intrarea în armături (fittings), m / s.
Când pompa funcționează, diferența de presiune în rezervorul de recepție și în carcasa pompei trebuie să fie suficientă pentru a depăși presiunea coloanei de lichid și rezistența hidraulică în conducta de aspirație, prin urmare calculul și proiectarea conductei de aspirație este una dintre cele mai importante. cele mai importante sarcini în proiectarea unei unități de pompare.
Se numește distanța verticală de la nivelul lichidului din rezervorul de primire până la centrul rotorului pompei cap de aspirație geometric hвс. Pentru a găsi capul de aspirație geometric admisibil, notăm ecuația Bernoulli. Pentru secțiuni transversale Oh-ohși 1-1 (orez. A):
unde S hs - suma pierderilor de sarcină în conducta de aspirație.
Avand in vedere ca z1- z0 = hвс, precum și faptul că Vo = 0 (rezervorul de recepție este suficient dimensiuni mari), primim
Dacă presiunea P1 va scădea la presiunea de saturație a vaporilor a lichidului pompat Ps la o anumită temperatură se va produce cavitația.
Cavitație tradus în rusă înseamnă formare de gol. Fenomenul de cavitație este un proces de perturbare a continuității fluxului unui lichid, care are loc acolo unde presiunea, în scădere, ajunge la presiunea vaporilor saturati ai lichidului. Acest proces este însoțit de formarea unui număr mare de bule pline cu vapori de lichid și gaze eliberate din acesta. Fiind în zona de presiune redusă, bulele se combină, transformându-se în bule mari caverne. Cavernele sunt transportate de fluxul de lichid în zona de presiune crescută, unde sunt distruse din cauza condensării vaporilor care le umple. În centrul fiecărei cavități, are loc ciocnirea particulelor lichide, ceea ce provoacă socuri hidraulice... Experimentele au arătat că atunci când bulele izbucnesc, presiunea locală și temperatura locală cresc.
În acest caz, presiunea locală atinge valori mai mari de 100 MPa, care este însoțită de formarea de particule de ioni încărcate pozitiv și negativ.
Acest fenomen duce la distrugerea pieselor de lucru ale pompei. Prin urmare, cavitația în pompe este inacceptabilă. Aluminiul și fonta prelucrată sunt distruse deosebit de rapid, iar oțelul inoxidabil cu duritate ridicată se dovedește a fi cel mai rezistent. La șlefuire și lustruire, rezistența metalelor la distrugerea cavitației crește. Utilizarea materialelor rezistente la distrugerea cavitației permite o perioadă scurtă de lucru în condiții de cavitație locală.
Prima și cea mai importantă condiție pentru eliminarea cavitației este setarea corectă a înălțimii admisibile de aspirație.
În practică, presiunea la admisia pompei este aleasă să fie ușor mai mare decât presiunea de saturație a vaporilor, adică.
unde DRzap este o rezervă de presiune care garantează împotriva apariției cavitației.
Prin urmare,
rezerva de cap de cavitație,
Din formula se poate observa ca pentru a creste inaltimea geometrica de aspiratie este necesara reducerea pierderilor in conducta de aspiratie, viteza la intrarea in pompa si presiunea de saturatie a vaporilor. In acest sens, linia de aspiratie a pompei este realizata cat mai scurta, cu un diametru mare, cu un minim de indoire si rezistente locale. Scădeți valoarea Psîn majoritatea cazurilor, este imposibil, deoarece este determinat doar de temperatura lichidului pompat. Cu toate acestea, dacă se prezintă o astfel de oportunitate, atunci această temperatură trebuie redusă.
Înălțimea maximă de aspirație geometrică a pompelor nu poate depăși Sobolan / pg, care pentru apă este de 10 m. Înălțimea de aspirație a pompelor centrifuge nu depășește de obicei 6 ... 7 m.< 0, то насос необходимо ставить ниже уровня жидкости в приемном резервуаре (затопленный насос). Так как
unde Нвак - cap de aspirație cu vid,
atunci putem scrie
În consecință, capul de aspirație al vacuometrului este suma capului de aspirație geometric hvs, pierderea de sarcină S hsîn conducta de aspirație și înălțimea vitezei la intrarea în pompă v 2 1 / 2g.
Capul de aspirație admisibil al vacuometrului este întotdeauna mai mic decât capul cu o marjă de cavitație, de exemplu.
În cataloagele și certificatele pompelor se indică înălțimea de vid admisibilă sau marja de cavitație admisă.
găsim înălțimea de aspirație geometrică a pompei:
În conducta de aspirație a pompelor se generează un vid. Motivele rarefierii sunt:
1) pierderi de energie în conducta de aspirație;
2) consumul de energie pentru ridicarea lichidului la o înălțime N soare ;
3) pierderi de inerție în conducta de aspirație, în funcție de viteza de „accelerare” a rotorului pompei. Cu cât viteza maximă este atinsă mai repede și cu cât diametrul conductei de aspirație este mai mic, cu atât pierderile de inerție sunt mai mari.
Ca urmare, o parte din lichid poate fierbe și se poate declanșa un fenomen cavitație... Cavitația este procesul de formare a bulelor de vapori în grosimea unui lichid în mișcare cu scăderea presiunii hidrostatice și condensarea acestor bule în interiorul lichidului în zona de creștere a presiunii hidrostatice. La pompele cu palete, valoarea minimă a acestei presiuni și, prin urmare, cea mai mare probabilitate de cavitație are loc în apropierea marginii de intrare a lamei, adică. unde debitul este cel mai mare.
În momentul condensului complet în punctul în care are loc, are loc o creștere bruscă a presiunii (până la sute de atmosfere). Dacă bula a fost pe suprafața roții, atunci impactul se face pe această suprafață, care, la rândul său, provoacă eroziunea materialului. Procesul de distrugere a pieselor de lucru ale pompei intensifică coroziunea cauzată de eliberarea intensă a oxigenului dizolvat în apă. Cavitația este însoțită de șocuri, zgomot și chiar vibrații ale unității de pompare, provocând o scădere a presiunii, a debitului și a eficienței pompei. Prin urmare, cavitația este un proces negativ.
Capul de aspirare permis al unei pompe centrifuge... Să luăm în considerare procesul de cavitație în rotor. Lăsați lichidul să intre în roată cu o viteză relativă w 1 si presiune P 1 ... Când curge în jurul lamei, viteza maximă va fi pe partea concavă a lamei. În consecință, presiunea statică aici va fi minimă la un anumit punct al liniei de curgere de-a lungul acestei suprafețe a lamei (). Fără stare de fierbere
P min > P t , (2.31)
unde P t este presiunea vaporilor saturați, Pa.
Diferența se numește numărul critic de cavitație. Folosind ecuația Bernoulli, putem obține asta
Aproape înălțimea N soare este ales astfel încât capul total de aspirație din fața rotorului să depășească presiunea aburului saturat cu o cantitate numită marjă de cavitație:
Rezervă de cavitație critică
Introduceți conceptul de cap de aspirație static H S ca suma înălțimii de aspirație și a pierderii înălțimii de aspirație
Înălțimea maximă de aspirație statică
Unde P A- presiunea atmosferică, Pa.
De obicei, pentru a preveni cavitația, se prescrie un exces al marjei admisibile de cavitație față de cea critică cu 20-30%, adică.
Atunci capul de aspirație static admisibil este:
Marja critică de cavitație este determinată de formula S.S. Rudneva
Unde n- viteza de rotatie a rotii, rpm;
L- al doilea debit al pompei, m 3 / s;
c - coeficientul de turatie de cavitatie, determinat experimental si in functie de proiectarea pompei.
Prin urmare, pentru a determina marja critică de cavitație, se efectuează teste pentru a determina caracteristica de cavitație a pompei, care determină presiunea minimă admisă de cap în fața pompei. Δ h... Un exemplu de astfel de caracteristică este prezentat în Fig. 3.9. Capitolul 3.
Magnitudinea Δ h crește odată cu creșterea furajului. De exemplu, pentru o pompă de un anumit design cu L= 40 m 3 / h Δ h= 2 m.w.st, iar la L= 160 m 3 / h Δ h= 9 m.w.c. Prin urmare, în al doilea caz, fierberea este posibilă atunci când este furnizată apă rece ( t= 20⁰С, R t= 2,34 kPa).
La pomparea lichidului fierbinte, valoarea poate fi negativă. În acest caz, recipientul de colectare trebuie instalat deasupra pompei. Prin urmare, de exemplu, pompele de alimentare ale centralelor termice sunt instalate sub dezaeratoare. Cantitatea de cap de aspirație depinde de temperatura lichidului pompat, precum și de designul pompei. Atunci când determinați această valoare, trebuie, în primul rând, să vă ghidați de instrucțiunile producătorului. Presiunea P a este luată din datele climatologice ale regiunii corespunzătoare. Cu toate acestea, presiunea atmosferică reală se abate de la cea calculată, de regulă, cu ± 5%. Ca urmare, presiunea generată de acesta fluctuează în interval
± 0,5 m H2O Prin urmare, este indicat să luați înălțimea minimă în fața pompei cu 0,5 m mai mare decât cea indicată în curba de cavitație.