Определение предельной высоты установки насоса


Как мы уже отмечали, что на нагнетании центробежный насос может создать практически не ограниченный теоретический напор (13.12).

Однако геометрическая высота всасывания – высота установки насоса над уровнем жидкости питающего резервуара, ограничена условиями работы насоса на стороне всасывания и зависит от ряда факторов.

При рассмотрении основных параметров насосных установок была установлена зависимость между геометрической и вакуумметрической высотой всасывания (12.18). И как было отмечено, что для обеспечения нормальной работы насоса давление на входе в насос  должно быть больше давления парообразования  перекачиваемой жидкости при заданной температуре. Если это условие не соблюдается, наступает явление кавитации.

Естественно, что такой процесс наиболее вероятен в тех местах проточной части насоса, где давление наименьшее – при входе жидкости в рабочее колесо. В этом месте процесс еще более усугубляется дополнительным падением давления  вследствие гидравлических сопротивлений в самом насосе.

С учетом этого зависимость (12.18), для центробежного насоса можно переписать в виде

,                       

или

.                  (14.27)

Обычно скоростной напор  и дополнительное падение напора  выражают в долях общего напора , создаваемого насосом

.                                       (14.28)

Величину  называют коэффициентом кавитации и определяют в зависимости от коэффициента быстроходности  по формуле С.С. Руднева

,                                     (14.29)

где  – кавитационный коэффициент быстроходности:

при ,   ;

       , ;

для насосов с повышенными кавитационными свойствами – .

Условие предотвращения кавитации на основании формулы (14.27) и с учетом зависимости (14.29) можно записать в виде , откуда, соответственно, найдем высоту установки насоса и предельную высоту, превышение которой приводит к возникновению кавитации

,                             (14.30)

 

.                           (14.31)

Высоту, определенную по формуле (14.31), часто называют критической высотой всасывания.

При работе насоса важно не допустить появление кавитации, так как ее последствиями являются нежелательные эффекты:

1. Конденсация пузырьков пара, который увлекается потоком в область повышенного давления.

2. Эрозия материала стенок канала. В зоне пониженного давления, при работе насоса в условиях кавитации, возникают пузырьки пара и каверны, заполненные воздухом и другими газами. Эти пузырьки и каверны переносятся по движению потока в область нагнетания с давлением, значительно превышающим давление насыщенного пара.

Следствием этого является мгновенная конденсация паров, сопровождающаяся столь же быстрым смыканием поверхностей пузырьков и каверн. При этом частицы жидкости с огромной скоростью устремляются к центру пузырьков и пустот, происходит их столкновение, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления, достигающим сотен мегапаскаль. Это явление, которое  приводит к механическим повреждениям лопаток рабочего колеса и их разрушению, называют кавитационной эрозией. При этом происходит и химическое разрушение металла в зоне кавитации в результате воздействия кислородом, содержащимся в жидкости в растворенном виде (коррозия). Процесс разрушения стенок канала является наиболее опасным следствием кавитации.

3. Появлению кавитации в насосах сопутствуют звуковые явления (шум, треск, удары) и вибрация установки как следствие колебаний жидкости, которые вызваны замыканием полостей, заполненных паром.

4. Развитая кавитация сопровождается уменьшением подачи, напора, мощности и КПД  лопастного насоса.

Из этого следует, что работа насоса в условиях кавитации недопустима.