Высота всасывания. Кавитация
Высота всасывания насоса является важным параметром при проектировании насосной установки. Она определяет высотное расположение насоса по отношению к отметке уровня воды в приемном резервуаре или источнике, из которого жидкая среда перекачивается насосом. Неточности ее расчета могут привести к ухудшению и даже полному срыву работы насоса.
Различают геометрическую и вакуумметрическую высоту всасывания. Геометрическая высота всасывания равна разности отметок двух горизонтальных плоскостей, одна из которых проходит через точку полости всасывания насоса с минимальным давлением, а вторая совпадает со свободной поверхностью перекачиваемой среды в источнике.
Чтобы насос смог засосать жидкую среду, находящуюся ниже отметки его установки, на входе в рабочее колесо он должен создать вакуумметрическое давление. Разность атмосферного и полного вакуумметрического давлений в метрах столба жидкости представляет собой вакуумметрическую высоту всасывания:
Мощность насоса:
Определим геометрическую и вакуумметрическую высоты всасывания на примере центробежного насоса (рис. 1.11). Уравнение Бернулли, записанное для сечений О—О и I—I относительно плоскости сравнения О—О (при постоянном уровне жидкой среды в источнике.
Таким образом, энергия, создаваемая насосом на всасывающей стороне, соответствующая вакуумметрической высоте всасывания, расходуется на поднятие жидкой среды на геометрическую высоту Нт. вс, создание динамического напора на входе в насос oi/(2g):
Отсюда определим геометрическую высоту всасывания:
Из последнего равенства получим выражение для определения вакуумметрической высоты всасывания и преодоление потерь напора во всасывающем трубопроводе hn. Теоретически при условии pi = 0 и О]=0 геометрическая высота всасывания Нг. зс—ра1(рё) =10 м. Однако в реальных условиях ее предельное значение ниже по следующим причинам. Во всасывающем трубопроводе при понижении давления до критического значения (в практических расчетах за критическое давление принимают давление насыщенного пара рп при данной температуре перекачиваемой жидкой среды) из жидкой среды начинают выделяться пузырьки пара и растворенного в ней газа. Увлекаясь далее-потокам в область повышенного давления, пар конденсируется, и пузырьки захлопываются. Описанное явление называется кавитацией.
Конденсация пара происходит за очень короткий промежуток времени, и при захлопывании пузырьков в результате гидравлических ударов возникают ударные волны. При многократном воздействии ударных волн обтекаемая жидкой средой поверхность разрушается, т. е. происходит кавитационная эрозия. Поверхность становится пористой, параметры шероховатости ее увеличиваются. Особенно сильно кавитационной эрозии подвержены чугун и углеродистая сталь, наиболее устойчивы нержавеющая сталь и бронза. При возникновении кавитации нарушается сплошность потока, что приводит к резкому снижению напора, подачи и КПД. Кроме того, работа насоса в кавитационном режиме сопровождается характерным потрескивающим шумом и вызывает вибрацию установки.
При расчете предельной геометрической высоты всасывания необходимо исключать условия возникновения кавитации. Чтобы не возникала кавитация, полный напор на всасывающей стороне насоса должен быть больше напора насыщенного пара при данной температуре на значение кавитационного запаса:
Допускаемая геометрическая высота всасывания может быть-подсчитана по Н в°к, которая обычно дается для нормального атмосферного давления и температуры 20 °C. В этой случае
Различают понятия высота всасывания и высота самовсасыва-ния насоса. Высота всасывания обусловливается способностью насоса создавать вакуумметрическое давление во всасывающей полости в условиях жидкой среды, а высота самовсасывания — в условиях газовой среды. Если высота всасывания центробежных насосов составляет 4…8 м, то высота самовсасывания равна 0,15… 0,2 м.
При разработке новых конструкций насосов, при анализе режимов работы насосов широко используется теория подобия насосов, предполагающая механическое подобие движения реальной жидкой среды. Она дает возможность достаточно точно определить основные параметры проектируемого насоса по известным параметрам модели. Основное положение теории подобия требует соблюдения геометрического, кинематического и динамического подобия.