книги / Насосы. Вентиляторы. Кондиционеры

Т а б л и ц а 1.2

Значения Н л в зависимости от высоты

над уровнем моря

давление с учетом отметки размещения насоса над уровнем моря [значения pa/(pg) = Н &см. в табл. 1.2]; ДH t = (0,24 - - pn/(pg)) — поправка на температуру перекачиваемой жид­ кой среды [значения pn/(pg)= Н а см. в табл. 1.3].

Параметр Н г вс, определяя высотное положение насоса по отношению к уровню свободной поверхности в водоис­ точнике, определяет тем самым и глубину заложения фун­ дамента машинного здания. С точки зрения уменьшения объема земляной выемки и облегчения конструкции машин-

Т а б л и ц а 1.3

Значения Н в зависимости от температуры перекачиваемой жидкости

ного здания, а следовательно, и снижения капиталовложе­ ний на сооружение насосной станции в целом увеличение значения Н г вс является крайне желательным.

Значение геометрической высоты всасывания неодинаково для насосов различных типов. Даже для одного и того же рассматриваемого насоса оно не постоянно в процессе экс­ плуатации. Уравнение (1.1) позволяет установить функцио­ нальную зависимость значения Н г вс от всех параметров, характеризующих конструктивные и эксплуатационные осо­ бенности насосной установки.

Атмосферное давлениер а, определяющее положительную составляющую Н твс и, в частности, возможность размеще­ ния насоса над уровнем жидкости в приемном резервуаре, существенно меняется в зависимости от высоты расположе­ ния насосной станции над уровнем моря.

Аналогичная ситуация наблюдается при откачивании на­ сосом жидкости из замкнутого объема, так как при отрица­ тельном значении избыточного давления р изб над свободной поверхностью изменяется геодезическая отметка.

Влияние конструкции проточной части рассматриваемо­ го насоса на геометрическую высоту всасывания оценивает­ ся наличием в уравнении (1.3) ч л ен ам — абсолютного дав­ ления на входе в насос. Значение pi, необходимое для бес­ перебойной и надежной работы насоса во всем диапазоне изменения напора и подачи, зависит от особенностей кон­ струкции проточной части и определяется специальными расчетами.

Высота всасывания Н г вс заметно изменяется в зависимо­ сти от режимов работы насоса, характеризуемых, в частно­ сти, скоростным напором на входе (vf /(2g)). Возрастание скорости потока, вызываемое увеличением подачи насоса, приводит к уменьшению Н г вс и, следовательно, к необхо­ димости распологать насос ближе к уровню свободной по­ верхности жидкости в приемном резервуаре.

Особенности компоновки насосной станции и в том числе конструкции всасывающей линии, характеризуемой гидрав­ лическими потерями hn вс, также являются важным фак­ тором в определении значения геометрической высоты вса­ сывания Н твс. Предпочтение следует отдавать коротким вса­ сывающим линиям с малой скоростью течения и миниму­ мом местных сопротивлений.

И наконец, при определении Н г вс следует учитывать то обстоятельство, что отметка уровня свободной поверхности в приемном резервуаре насосной установки в процессе ее

эксплуатации, как правило, непрерывно меняется. Более подробно об этом говорится в п. 1.5.4.

Коэффициент быстроходности насоса. Коэффициент бы­ строходности насоса ns определяют по формуле

Значения п (мин—1), Q (мQ/с), Н (м) принимают при мак­ симальном значении КПД насоса (Лтах)* причем для насо­ сов с двусторонним входом жидкости в рабочее колесо (на­ сосы типа Д) в формулу (1.5) подставляют половину подачи насоса, а для многоступенчатых насосов — напор, приходя­ щийся на одну ступень.

Кавитация. Процесс вскипания и последующей конден­ сации жидкости в потоке, сопровождающийся местными гидравлическими ударами, носит название кавитации.

Длительная работа насоса даже при незначительных ка­ витационных явлениях совершенно недопустима, так как от действия кавитации происходит механическое и хими­ ческое разрушение рабочих поверхностей (из-за непрерыв­ ных гидравлических ударов и выделения кислорода в ка­ вернах).

Особенно сильно кавитационному разрушению подверже­ ны чугун и углеродистая сталь. Наиболее устойчивы в этом отношении коррозионно-стойкие стали и бронза.

Условие бескавитационной работы насоса. Для опреде­ ления условия бескавитационной работы используют фор­ мулу

гия потока жидкости, соответствующая давлению паро­ образования p n, Е и = p n/(pg); Дh — кавитационный запас напора, м.

Кавитационный запас Ah. Параметр Ah представляет собой превышение удельной энергии потока жидкости перед входом в насос над удельной энергией потока ж ид­ кости, соответствующей давлению насыщенного пара. Иног­ да этот параметр называют избыточным напором всасы­ вания.

Значение Дh определяют по формуле

vl

P l+^ - P n

Кавитационный запас Дh может быть выражен в долях от напора, создаваемого насосом:

где ст — коэффициент кавитации; Н — напор, создаваемый насосом, м.

Для каждого насоса существует некоторое минимальное (критическое) значение A/imin. При уменьшении кавитаци­ онного запаса ниже этого значения в насосе начинает раз­ виваться кавитация.

Для обеспечения надежности всасывания, учитывая воз­ можные изменения эксплуатационных условий (колебание уровня в источнике, изменение температуры перекачивае­ мой среды и др.), величину ДЛт1п следует умножать на ко­ эффициент запаса Т , равный 1,1—1,5. Тогда

ДАдоп^ДЛпйп. (1.9)

где ДЛд0П — допускаемый кавитационный запас, являющ ий­ ся минимально допустимым превышением удельной энер­ гии жидкости перед насосом над упругостью насыщенных паров жидкости, при котором обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей.

Допускаемый кавитационный запас вновь проектируемых насосов при отсутствии соответствующих характеристик мо­ жет быть вычислен по формуле С. С. Руднева:

где А — коэффициент запаса, А = 1,1+1,5; п — частота вра­ щения рабочего колеса, мин-1; Q — подача насоса (для на­ сосов с двухсторонним входом подставляется половинная по­ дача), м3/с; Ск — постоянная, которая зависит от коэффи­ циента быстроходности насоса ns:

Кавитационный запас существенно зависит от частоты вращения вала насоса. Формула для определения числа обо­ ротов насоса, при котором не должна возникать кавитация, имеет следующий вид:

Значения АЛт1п и ДЛдоп, полученные в результате прове­ дения испытаний на кавитационных стендах, приведены в официальных каталогах насосов, выпускаемых заводами - изготовителями.

Способы предотвращения кавитации при эксплуатации насосов. К таким способам относятся:

поддержание значения фактической вакуумметрической высоты всасывания насоса на уровне, которая не превыша­ ет допустимую высоту, установленную заводом-изготовите- лем для заданной температуры перекачиваемой жидкости; контроль условия работы насоса с помощью вакууммет­ ра, установленного на входном патрубке насоса значение вакуума, показываемое этим прибором и выраженное в мет­ рах столба перекачиваемой жидкости, не должно превышать

допустимого значения ( );

ВаК

использование по возможности короткого всасывающего трубопровода с большим диаметром и без резких перегибов;

хорошая герметизация всей всасывающей полости; недопущение перегрузки по подаче свыше 25 % ; создание геометрического подпора (установка насоса ниже

уровня жидкости в приемном резервуаре) при малом давле­ нии во всасывающей полости или высокой температуре жидкости.

Предельная геометрическая высота всасывания. Созда­ ние некоторого запаса путем уменьшения высоты всасыва­ ния или увеличения подпора, т. е. разности высот между уровнем жидкой среды в опорожняемой емкости и центром тяжести сечения входа в насос, по сравнению с подсчитан­ ными значениями гарантирует, как правило, надежную бескавитационную работу насоса.

Максимально допустимую геометрическую высоту всасы­ вания насоса с учетом его кавитационных свойств опреде­ ляют выражением

Pg

Увертикальных насосов, предназначенных для крупных

исредних станций (здания камерного и блочного типов), потери Лп вс уже учтены в кавитационных характеристи­ ках. Тогда

ния, при которой обеспечивается работа насоса без измене­ ния основных технических показателей.

Связи между и ВаК из формулы (1.3) следующие:

ИЛИ

тате кавитационных испытаний и указывают в заводских характеристиках насосов. Обычно приводят для нор­ мального атмосферного давления на уровне моря и для тем­ пературы холодной воды t < 20 °С. С повышением отметки местности или температуры перекачиваемой жидкости зна­ чение должно быть пересчитано по уравнению, ана­ логичному уравнению (1.4).

Допустимая отметка установки насоса. Параметр УНЯ0П

где yBüfmin — минимальный уровень воды в источнике, м; hc ус — потери напора в сороудерживающем устройстве, м.

Насос работает нормаль­ но, если отметка его установ­ ки УН соответствует отмет­ ке, рассчитанной по форму­ ле (1.15), либо находится ниже этой отметки, т. е. УН < < УЯД0П. Значение УВИт^п принимают для минималь­ ного уровня воды в источни­ ке в период работы насосной станции.

Кавитационные характе­ ристики насоса. Оценку ка­

витационных качеств насосов производят на основе кавитаци­ онных характеристик, получаемых в результате испытаний на специальных стендах. Кавитационные характеристики (рис. 1.38) представляют собой совокупность зависимостей напора (Н ), мощности (Р) и КПД (г)) насоса от вакуумметрической высоты всасывания (Я вак) при постоянных значе­ ниях подачи и числа оборотов.

Напор, развиваемый насосом (недопустимые термины: полный напор, суммарный напор). Напором насоса называ­ ется приращение удельной энергии перекачиваемой жидко­ сти на участке от входа в насос до выхода из него. Напор выражается в метрах водяного столба.

Отклонение напора насоса — разность фактического на­ пора насоса и заданного для данной подачи.

Приращение удельной энергии перекачиваемой жидко­

где — расстояние от оси насоса до уровня жидкости (вы­ сота центра тяжести сечения I —/), м; z2 — высота центра тяжести сечения I I —II, м; Pi и р2 — абсолютные давления жидкости на входе и на выходе из насоса, Па; i>i и и2 — ско­ рости жидкости на входе (в сечении/—I) и на выходе (сече­ ние I I —II) из насоса, м/с.

Абсолютное давление у входа в насос. Параметр pi рас­

Рис. 1.39. Схема установки манометра и ваку­ умметра на центробежном насосе:

1 — насос; 2 — электродвигатель; 3 — задвижка; 4 — манометр; 5 — напорный трубопровод; 6 — верхний ре­ зервуар; 7 — вакуумметр; 8 — всасывающий трубопро­ вод; 9 — нижний резервуар; 10 — приемный клапан

гдера — атмосферное давление, Па; рв — давление, показы­ ваемое вакуумметром, Па; 2 В — превышение вакуумметра над точкой его подключения, м.

Абсолютное давление на выходе из насоса. Параметр р% рассчитывают по формуле

где р м — давление, показываемое манометром, Па; zM — превышение манометра над точкой его подключения, м.

В лопастных насосах с вертикальным расположением вала при подсчете напора показания манометра р м и вакууммет­ ра р в приводят к поперечной оси рабочего колеса, а если насосы многоступенчатые — к оси рабочего колеса первой ступени.

Манометрический и требуемый напоры. Различают ма­ нометрический напор, который определяют по показаниям приборов у всасывающего и напорного патрубков, и требуе­ мый напор, подсчитанный по схеме насосной установки.

Манометрический напор представляет собой разность избыточных давлений (разность пьезометрических высот) в сечениях I —I и I I —II (рис. 1.39), приведенных к оси насоса:

Тогда напор насоса Н равен манометрическому напору плюс разность скоростных напоров в напорном и всасываю­ щем патрубках:

а при одинаковых диаметрах всасывающего и напорного па­ трубков (т. е. = i>2 ) напор насоса равен манометрическо­ му напору.

Требуемый напор насоса для проектируемой установки определяют по формуле

Я = Я г' вс + Н Т' наг + ЛПвс + ЛПнаг

или

где Н ст— статический напор (сумма высот всасывания # г_вс и нагнетания Н г наг), или разность уровней свободной по­ верхности жидкости в нижнем и верхнем бассейнах; hn ВС( Лп наг — потери напора во всасывающем и в нагнетательном трубопроводе.

Уровни свободной поверхности в нижнем и верхнем бас­ сейнах и статический напор входят в число исходных дан­ ных для проектирования насосной станции.

Суммарные гидравлические потери hn вс и Лп наг для за­ данной подачи насоса определяют с учетом конструктивных особенностей (диаметр, протяженность, материал, оборудо­ вание и т. п.) всасывающего и напорного трубопроводов.

Формула (1.21) приведена для случая, когда верхний и нижний резервуары сообщены с атмосферой. Для более об­ щего случая, когда верхний резервуар (напорный) не соеди-

( 1. 22)

В этом случае напор насоса расходуется на преодоление противодавления в напорном резервуаре, геометрическую высоту подъема жидкой среды и преодоление сопротивле­ ний трубопроводов.

Давление насоса. Давлением насоса р (Па) называется величина, определяемая выражением

Предельное давление насоса — наибольшее давление на выходе из насоса, на которое рассчитана его конструкция.

Давление полного перепуска — давление на выходе из насоса при перепуске всей подаваемой жидкой среды через предохранительный клапан.

При известном давлении насоса напор определяют зави­ симостью

H=p/(pg). (1.24)

Подача насоса (недопустимые термины: производитель­ ность, расход). Объемная подача насоса — отношение объе­ ма подаваемой жидкости ко времени, м3/с.

Массовая подача насоса — отношение массы подаваемой жидкости ко времени, кг/с.

Идеальная подача насоса — сумма подачи и объемных потерь насоса.

Точность дозирования насоса — отношение разности по­ дач фактической и установленной по шкале к подаче, уста­ новленной по шкале.

Отклонение подачи насоса — разность фактической по­ дачи насоса и подачи, заданной для данного давления.

Коэффициент подачи насоса — отношение подачи насоса к его идеальной подаче.

Работа, мощность и КПД насоса. Полезная работа насо­ са Ln (Дж) при подаче им жидкости массой т из нижнего бассейна в верхний