Явление кавитации и допустимая высота всасывания

Неполадки в центробежных насосах возникают в результате несоблюдения условий входа жидкости в насос.

Если в отдельных областях насоса давление понизится до давления насыщенных паров, то в этих областях начнется вскипание жидкости с образованием в канале воздушных карманов, нарушающих плавность потока. Эти карманы заполняются парами.

Пузырьки паров увлекаются движущимся потоком и, попадая в сферу более высокого давления, конденсируются. Процесс конденсации происходит очень интенсивно. Частицы жидкости, стремясь заполнить область конденсирующегося пузырька, движутся к его центру с очень большими скоростями. При завершении процесса конденсации частицы жидкости внезапно останавливаются, в результате чего кинетическая энергия этих частиц переходит в энергию давления, причем местное повышение давления достигает значительной величины (десятков мегапаскалей).

Описанный процесс сопровождается местными гидравлическими ударами, повторяющимися десятки тысяч раз в секунду. Это явление называется кавитацией, которая может возникнуть как в стационарной, так и в движущейся частях насоса.

Кавитация сопровождается сильным шумом, треском, вибрацией насоса, вызывает разрушение металла, понижает напор, производительность и КПД насоса.

Кроме механического разрушения металла, кавитация вызывает его коррозию. Особенно быстро разрушается чугун. Разруша ются и более стойкие металлы - бронза, нержавеющая сталь. По­этому в работе насоса нельзя допускать кавитацию, а высота вса­сывания должна быть такой, при которой возникновение кавита­ции невозможно.

При эксплуатации центробежных насосов кавитация может возникнуть при понижении уровня жидкости во всасывающем ре­зервуаре ниже расчетного, повышении температуры перекачивае­мой жидкости, неправильной установке и неправильном монтаже насоса.

Высота всасывания определяется расстоянием, отсчитывае­мым по вертикали от оси колеса насоса до свободного уровня в резервуаре, из которого жидкость откачивается насосом. Если уро­вень жидкости находится ниже оси насоса, то высота всасывания положительна, а если выше оси насоса (подпор), то отрицательна. Высота всасывания центробежного насоса зависит от ряда факто­ров: барометрического давления (с уменьшением этого давления всасывающая способность насоса уменьшается); упругости паров перекачиваемой жидкости, зависящей от ее температуры; вязкости перекачиваемой жидкости и сопротивления всасывающего трубо­провода; кавитационного запаса, необходимого для нормальной работы насоса.

С целью уменьшения потерь во всасывающем трубопроводе уменьшают, по возможности, его длину, делают его более прямым, устанавливают минимальное количество арматуры, избегают воз­душных мешков, снижают скорость движения жидкости. Для прак­тических целей высоту всасывания центробежного насоса можно определить с достаточной точностью по опытной формуле:

где - допустимая высота всасывания, отнесенная к горизон­тальной оси рабочего колеса, м ст. жидкости;

- давление на свободную поверхность сверх упругости па­ров, м ст. жидкости;

При перекачке нефтепродуктов, обладающих небольшой вязкостью, явление кавитации несколько ослабляется, так как ко­эффициент теплопередачи нефтепродуктов, меньший, чем у воды, замедляет процесс парообразования, а наличие в составе нефте­продуктов различных фракций углеводородов с различными точ­ками кипения обусловливает более плавное изменение характери­стики насоса. При перекачке горячих нефтепродуктов жидкость находится под давлением собственных паров (Н_а =0).

Следовательно.

т. е. для работы насоса необходимо создать подпор.