книги / Насосы, компрессоры, вентиляторы

Явление кавитации обычно возникает во всасывающем тракте насо­ са. В некоторых случаях кавитация может возникнуть и на напорном тракте в местах срыва потока с рабочих поверхностей лопаток и регу­ лирующих органов (задвижек, заслонок).

В центробежных насосах кавитация проявляется чаще всего с вог­ нутой стороны входных элементов лопастей, при протекании жидкости через уплотнительные зазоры, а также в местах резкого поворота пото­ ка, вызывающего отрыв его от ограничивающей поверхности.

Насос может работать более или менее длительное время в усло­ виях кавитации лишь при использовании для изготовления его деталей кавитационно устойчивых материалов. К числу таких материалов отно­ сятся легированные стали, содержащие никель и в особенности хром. Очень плохо кавитации противостоят хрупкие и неоднородные материа­ лы, такие, как стекло и чугун. Но следует иметь в виду, что не суще­ ствует материалов, абсолютно устойчивых против кавитации. Даже са­ мые лучшие материалы рано или поздно разрушаются кавитацией.

t

Рациональные формы проточной части, благоприятные формы про­ филей лопастей, ограниченные скорости в сечениях каналов насоса пре­ дупреждают возникновение кавитации.

Основным средством предупреждения кавитации, обеспечивающим нормальную работу центробежного насоса на всасывающей стороне, является поддержание такого давления во всасывающем тракте, при котором кавитация не появляется.

Явление кавитации отчетливо отражается на характеристиках на­ сосов.

При входе насоса в кавитационный режим (при высоких производи­ тельностях) наблюдается резкое снижение напора и к. п. д.

Напишем уравнение сохранения энергии для струйки жидкости А—Б (рис. 4-6), движущейся от поверхности нижнего уровня до входа на рабочие лопасти насоса:

откуда

(4-12)'

Последнее уравнение весьма важно для рассмотрения кавитацион­ ных режимов работы насосов. Воспользуемся им для выяснения усло­ вий подобия при кавитации. Пусть имеются две машины, обозначаемые индексами 1 и 2, работающие в подобных режимах.

По уравнению (4-12)

(Яка в — Я*р ), __q + Х,в^

( Я „ а в - Я ^ ) г ~ 4 + Kwl ‘

Как указывалось выше, для подобных режимов работы машин Л,=Я,.. Кроме того, вследствие подобия режимов

Следовательно,

Это уравнение выражает условия подобия при кавитационных явле­ ниях. Пользуясь им, можно производить пересчет критических высот всасывания насосов, работающих в подобных режимах.

Установим общий критерий кавитационного подобия насосов, сле­ дуя методу Руднева.

Для насосов, работающих в подобных режимах,

Qi = чК_

QÎ пго]2’

или

Qi Q2 n\D\\ n2D]2

Из уравнения (4-13) для насосов, работающих в кавитационно подоб­ ных режимах, следует:

Исключив из этих формул Dn получим:

Последнее выражение может быть представлено в следующем виде:

Введем обозначение

Рассчитать, на каком наименьшем расстоянии по вертикали #геом от минималь­ ного уровня в конденсаторе должна находиться ось насоса для обеспечения его нор­ мальной работы без кавитационных срывов. Обозначения показаны на рис. 4-10.

Решение.

Воспользуемся соотношениями

Рпас = 0,126 кГ/см2;

ционными качествами}равным 1 200.

Из (4-15) Н*°п = 0,12 — 0,25 (0,74 — 0,12) = — 0,035 м.

Скорость во всасывающем патрубке cec = Q/2 = 0»5 м/сек. Скоростной напор

CgC/2g = 0,0125 м.

При входном диаметре рабочего колеса Haçoca 5КС-5Х4 150 мм имеем:

Н гсом = — 0,035 — 0,4 — 0,0125 — 0,075 = — 0,523 м.

4-5. ХАРАКТЕРИСТИКИ. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Все изложенное в гл. 3 о характеристиках центробежных машин полностью относится и к характеристикам центробежных насосов.

Форма характеристики центробежного насоса качественно опреде­ ляется величиной коэффициента быстроходности, находящегося в пре­ делах от 40 до 600.

Насосы с /г5, находящимися в этом промежутке, обладают различ­ ными типами характеристик (рис. 4-11).

Особенностью характеристик тихоходного насоса (чисто радиаль­ ного типа) являются наличие максимума кривой напора и быстрый рост мощности при увеличении производительности.

Насосы с нормальной быстроходностью и быстроходные обладают монотонно падающей характеристикой напора; их характеристика мощ­ ности по сравнению с тихоходными насосами располагается более полого.

Характеристика напора диагонального насоса имеет специфическую впадину и поэтому представляется линией двоякой кривизны; характе­ ристика мощности этого насоса показывает снижение потребляемой мощности при увеличении производительности. Последнее является осо­ бенностью диагональных, а также осевых насосов.

Регулирование производительности центробежных насосов произво­ дится дросселированием и изменением числа оборотов.

Первый способ применяется в малых насосах, приводимых в движе­ ние короткозамкнутыми электродвигателями трехфазного тока.

Крупные насосы, приводимые в движение паровыми турбинами и специальными двигателями, регулируются изменением числа оборотов

или смешанным способом (ступенчатое изменение числа оборотов и под­ регулировка дросселем).

Дросселирование центробежных насосов во избежание явления ка­ витации допускается только на напорном трубопроводе.

Кроме обычных, указанных выше типов характеристик, центробеж­ ные и осевые насосы оценивают с помощью кавитационных характери­ стик.

Рис. 4-11. Типы характеристик центробежных насосов.

/ — тихоходный; // — нормальный; / // — быстроходный; IV — диагональный; У — кавитационная

характеристика; VI — характеристика допускаемой высоты всасывания.

Известно, что кавитация может возникнуть при увеличении высоты всасывания, когда последняя достигает критического значения.

Следовательно, при малых высотах всасывания, отличающихся от критической, рабочие параметры насоса—давление, расход, мощность на валу и к. п. д. — от высоты всасывания не зависят.

При достижении критической высоты всасывания и дальнейшем уве­ личении ее замечаются медленные вначале, а затем резкие снижения давления, расхода, мощности и к. п. д. насоса.

Для выяснения влияния высоты всасывания на работу насоса про­ изводят испытания их на кавитационных стендах. Здесь насос испыты­ вают при увеличивающейся высоте всасывания, наблюдая начало кави­ тации по падению рабочих параметров насоса.

В результате испытания получают кавитационную характеристику (рис. 4-11,V), на которой можно отметить две критические высоты всасы­

вания; (Н*^)г и (#*£)/7. Первая из них соответствует началу кавитационных^явлений, вторая—полному развитию кавитации и срыву работы насоса.

Опыт показывает, что работа насосав интервале (Я ^)7< Я ЬС<< < (Н1% не сопровождается заметными разрушениями металла проточной

полости насоса и при необходимости может быть допущена кратковременно. Изложенное в § 4-4 показывает, что увеличение производительности насоса вызывает падение допустимой высоты всасывания. Поэтому на

98

заводских характеристиках насосов обычно даются зависимости Н™л — = /(Q), удобные для определения допустимой высоты всасывания (рис. 4-11,V7).

4-6. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Основными частями центробежного насоса являются: рабочее коле­ со, вал с деталями для крепления колес и защиты от истирания сальни­ ками, подшипники, соединительная муфта, корпус, направляющие аппа­ раты, сальники, всасывающий и напорный патрубки, стяжные и крепеж­ ные болты.

Рабочие колеса выполняются с односторонним и двусторонним под­ водом жидкости.

Рабочие колеса отливают из различных сортов чугуна, углеродистых и легированных сталей, сплавов цветных металлов и керамических мате­ риалов. Применение того или иного материала определяется условиями работы, размерами и числом оборо­ тов, а также родом перемещаемой жидкости.

Колеса малых насосов для чис­ той воды и неагрессивных жидкостей низкой температуры отливают из се­ рого конструкционного чугуна. Цен­ тробежные насосы для питания кот­ лов высокого давления имеют значи­ тельные размеры и высокое число оборотов. Они подают воду высокой температуры. Поэтому рабочие коле­ са этих насосов изготовляют из ле­ гированных хромом и никелем ста­ лей и свободных от цинка бронз.

Колеса насосов для перемещения грунто-шлакосмесей изготовляют от­ ливкой из белого чугуна. Насосы для химической промышленности имеют колеса, изготовленные из специальных сплавов керамики или пластмасс.

Колеса больших размеров имеют ступицу значительной длины; это затрудняет точную посадку их на вал. Для облегчения посадки ступицу растачивают внутри на два диаметра: посадочный и облегчающий по­ садку.

К литым поверхностям колес предъявляются особые требования: эти поверхности должны обладать по возможности малой шероховатостью для уменьшения внутренних потерь.

Механической обработке подлежат внутренняя и торцовая поверх­ ности ступицы, а также торцовая и наружная цилиндрические поверх­ ности уплотнительных колец.

На рис. 4-12 и 4-13 представлены рабочие чертежи колес центро­ бежных насосов различной быстроходности.

Вал насоса является весьма ответственной деталью; при высоком числе оборотов он подвергается действию больших поперечных сил. При расчете вала на прочность и жесткость учитываются следующие внешние нагрузки: передаваемый от двигателя крутящий момент, соб­ ственный вес вала и посаженных на него деталей, поперечные силы, обусловливаемые несимметричными подводом и отводом жидкости и неточностью балансировки колес.

Очень опасна вибрация валов крупных насосов, особенно вблизи критического числа оборотов. Поэтому валы рассчитывают на критиче-