КАВИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, наполненных паром и газом. Кавитация возникает, когда абсолютное давление в потоке падает до давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. При этом из жидкости интенсивно выделяются пузырьки, заполненные парами жидкости и растворенными в ней газами (жидкость закипает). Обычно выделение газа из жидкости незначительно и не оказывает существенного влияния на технические параметры работы насосов, поэтому кавитацию называют паровой. В дальнейшем под термином кавитация будем подразумевать паровую кавитацию.
Выделяющиеся из жидкости в местах пониженного давления пузырьки, заполненные паром, уносятся потоком и, попадая в область с повышенным давлением, конденсируются. При этом частицы жидкости, окружающие пузырьки пара, с весьма большими скоростями устремляются в пространство, занимаемое ранее паром. Происходит столкновение частиц жидкости, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления, достигающим сотен и даже тысяч атмосфер. Если конденсация происходит у стенок каналов насоса, то материал стенок быстро разрушается. Причем в первую очередь разрушаются те места, в которых имеются микроскопические трещины на поверхности стенок.
Рис 2.3. Разрушение рабочих колес вследствие кавитации
Например, из чугуна прежде всего выбиваются графитовые включения, а затем жидкость, действуя как клин, еще более интенсивно разрушает материал стенок, образуя на их поверхности значительные раковины.
Кроме того, материал стенок подвергается разрушению от химического воздействия воздуха богатого кислородом, и различных газов, выделяющихся из жидкости. Описанный процесс разрушения стенок каналов называется эрозией и является очень опасным следствием кавитации. Разрушения рабочих колес вследствие кавитации приведены на рис. 2.3.
Внешним проявлением кавитации является наличие шума, вибрации, падение напора, подачи, мощности и КПД. Очевидно, что работа насоса в кавитационном режиме недопустима.
Возникновение и характер кавитационных явлений определяются кавитационным запасом Dh- превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией её насыщенных паров
где р, v- абсолютное давление и скорость на входе в насос;
рн.n - давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жидкости и её температуры. Для воды и бензина рн.n в кПа приведены в табл. 2.2.
Таблица 2. 2
t C, | ||||||||||||
Бензин Б-70
| 0.32 | 1.21 | 1.69 | 2.34 16.3 | 3.17 | 4.24 | 7.37 33.2 | 20.2 55.8 | 48.2 103.3 | 103.3 |
Начальная стадия кавитации определяется критическим кави-тационным запасом Dhкр - кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2% на частной кавитационной характе-ристике (Н= f(DН)) или на 1 м при напоре насоса более 50 м.
Величину критического кавитационного запаса Dhкр можно определить при кавитационных испытаниях насоса по частной кавитационной характе
ристике или по формуле С. С. Руднева:
где n- частота вращения, об/мин;
Q- подача насоса, м3 /с;
С- кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса и равна: 600-800- для тихоходных насосов; 800-1000- для нормальных, насосов; 1000-1200- для быстроходных насосов.
Работа насоса без изменения основных технических показателей, т. е. без кавитации, определяется допускаемым кавитационным запасом Dhдоп, вычисляемым по формуле :
где А- коэффициент кавитационного запаса A=f(Dhкр) (А=1,05-1,3).
Графическая зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи в рабочем интервале подач Dhдоп= f(Q) называется кавитационной характеристикой насоса (см рис 2.9 и 2.12). Её получают при кавитационных испытаниях насоса по частным кавитационным характеристикам.
Частная кавитационная характеристика- это зависимость напора насоса от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения, подаче и температуре жидкости, H= f(Dh) (рис. 2.5)
При испытаниях насоса кавитационный запас определяется по формуле:
где pа , pв - показания барометра и вакуумметра.
Полученные опытным путем значения Dhon приводятся к номинальной частоте вращения nн по формуле:
и строится частная кавитационная характеристика насоса (см. рис. 2.5)
Рис. 2.4. Кавитационная Рис 2.5. Частные кавитацион-
характеристика насоса. ные характеристики насоса.
По каждой частной кавитационной характеристике находим Dhкр и Q, а затем Dhдоп (по формуле 2. 16). По значениям Dhдоп и Q1 строим кавита-ционную характеристику Dhдоп = f(Q) (см. рис. 2. 4).
Контроль работы насоса при его эксплуатации производится по показаниям вакуумметра, установленного на входе в насос. Связь кавита-ционного запаса с вакуумом можно найти из выражения
подставив в него значение абсолютного давления p из формулы (2.14).
По аналогии с (2. 19) можно записать выражения для критического и допускаемого вакуума.
Критический вакуум
Допускаемый вакуум
Употребляется также понятие вакуумметрической высоты всасывания Нв, которая связана с вакуумом зависимостью:
Вакуум на входе в насос зависит от расположения насоса по отношению к свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре геометрической высоты всасывания HВС, режима работы насосов и других факторов.
Такая зависимость находится с помощью уравнения Бернулли:
где h вс- потери насоса во всасывающем трубопроводе.
Максимальная (критическая) высота всасывания, т.е. высота, при кото-рой начинается кавитация, вычисляется по формуле:
Допускаемая высота всасывания HВС , т.е. высота при которой обеспечивается бескавитационная работа насоса, равна:
Цель работы: 1. Убедится на практике в существовании явления кавита-ции в центробежном насосе и уяснить причины ее возникновения.
2. Освоить методику кавитационных испытаний центробежного насоса.
3. Получить в результате испытаний кавитационную характеристику насоса
Описание установки.Установка с замкнутой схемой циркуляции жидко-сти (рис.2.16) включает в себя: испытуемый центробежный насос 1, бак 3,всасывающий 2 и нагнетательный 6 трубопроводы, задвижку 5, вакуумный насос 4, контрольно-измерительную аппаратуру (манометр 9 и вакууметр 8,
диафрагму с подключенным к ней дифференциальным манометром 7, ватт- метр 10 и тахометр 11).
Рис 2.6 Схема установки для кавитационных испытаний насоса.
Порядок выполнения работы и обработка опытных данных для полу-чения частных кавитационных характеристик:Частные кавитационные
характеристики H= f(Dh) следует получить для минимальной, номинальной и максимальной подач насоса.
С этой целью необходимо:
1. Включить насос 1 и обеспечить заданную подачу задвижкой 5.
2. Уменьшать ступенчато давление на входе в насос, включением вакуумного насоса 4, начиная с давления, заведомо исключающего кавитацию, и заканчивая при резком падении напора, обеспечивая при этом Qi= const и снимая на каждой ступени показания манометра 9, вакуумметра 8, дифманометра 7 и тахометра 11. Результаты измерений записать в табл. 2.3.
3. Вычислить параметры, необходимые для построения частной кавитационной характеристики: напор насоса Н- по формуле (2.2); подачу насоса Q- по формуле (2.9); кавитационный запас Dhоп по формуле (2.17).
Если в опытах частота вращения nоп отличается от номинальной nн более чем на 0,5%, кавитационный запас Dhоп необходимо привести к nн по формуле (2.18). Если же nоп отличается от nн менее чем на 0,5%, принять Dh=Dhоп.
4. Результаты вычислении записать в табл. 2.3 и построить по ним частные кавитациопные характеристики (см. рис. 2. 5).
Таблица 2.3
Измеряемые параметры | Рассчитываемые параметры | ||||||||
Pa, Па | Pм, Па | Рв, Па | h, мм.рт.ст | nоп, об/мин | H, м | Q, л/с | v, м/с | Dhоп, м | Dh, м |
Порядок выполнения работы и обработка опытных данных для получения кавитационной характеристики. Для получения кавитаци-онной характеристики Dhдоп=f(Q) необходимо:
1. По каждой частной кавитационной характеристике Hi= f(Dh) опре-делить допускаемый кавитационный запас Dhдоп= АDhкр, предварительно определив критический кавитационный запас Dhкр по падению напора на 2% на кривой Hi=f(Dh) и коэффициент кавитационного запаса A= f(Dhкр ) из табл. 2.4.
Таблица 2.4
DhКР, м | 0-2.5 | ³14 | |||||||||||
А | 1.3 | 1.25 | 1.2 | 1.13 | 1.1 | 1.09 | 1.08 | 1.07 | 1.06 | ||||
2. Результаты расчетов свести в табл. 2.5 и построить поданным этой таблицы кавитационную характеристику Dhдоп= f(Q) (см. рис. 2.4).
Таблица 2.5
Q, л/с | Dhкр, м | А | Dhдоп, м | |
Qmin Qн Qmax | Dhкр1 Dhкр2 Dhкр3 | А1 А2 А3 | Dhдоп1 Dhдоп2 Dhдоп3 | |
Дата добавления: 2015-09-25; просмотров: 1587;