6. Контрольні питання.

1. Що називається кавітацією? У яких випадках вона виникає?

2. Які негативні наслідки кавітації?

3. Від яких факторів залежить значення тиску на вході в насос?

4. За якою формулою визначається кавітаційний запас?

5. Що таке критичний кавітаційний запас?

6. Як отримують кавітаційну характеристику насоса? Перший та другий кавітаційні режими.

7. Допустимий кавітаційний запас.

8. За якою формулою визначається максимально допустима висота всмоктування насоса? Від яких факторів вона залежить?

9. Чому при перекачуванні гарячих рідин насос розташовують нижче рівня рідини у приймальній ємності?

10. Формула С.С. Руднєва для визначення критичного кавітаційного запасу.

11. Основні заходи для попередження виникнення кавітації.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10

Вибір насосів за каталогом-довідником

10.1. Ціль роботи

Вивчити методику вибору насосів за каталогами при проектуванні насосних установок.

10.2. Робочі параметри насосів, що характеризують їх роботу

Насоси відносяться до найбільш розповсюджених гідравлічних машин, що застосовуються у техніці. Вони застосовуються для перекачування різноманітних рідин при різних умовах.

Розглянемо основні параметри та методику вибору насоса за каталогом на прикладі відцентрових насосів.

Насос, як гідравлічна машина, характеризується наступними основними параметрами: подачею (продуктивністю) Q, напором Н, потужністю N, загальним ККД η, допустимою висотою всмоктування Н_доп. та числом обертів п, що вказуються в каталогах.

Подачею (продуктивністю) насоса називають кількість рідини, що подається за одиницю часу. Подачу вимірюють у м³/с.

Напором насоса називається різниця повних питомих енергій, віднесених до ваги потоку рідини, на виході та на вході до насоса. Напір вимірюється у метрах стовпа рідини, що подається. На практиці напір визначають у двох випадках.

1. На основі показань приладів насосної установки (напір працюючого насоса), за формулою:

, (10.1)

де р_В – показання вакуумметра, розташованого на вході в насос, Па;

р_М – показання манометра, розташованого на виході з насоса, Па;

Н_о – відстань по вертикалі між точками приєднання манометра і вакуумметра, м;

υ_Н, υ_В­ – середні швидкості течії рідини в місцях приєднання трубок манометра і вакуумметра, м/с.

Якщо , тоді формула (10.1) спрощується:

.

2. На основі виконаного розрахунку гідравлічних втрат в елементах насосної установки (необхідний напір насоса, що вибирається), за формулою:

, (10.2)

де Н_необх – необхідний напір, м стовпа перекачувальної рідини;

Н_Г – геометрична висота підйому рідини, що дорівнює відстані по вертикалі між рівнями рідини у приймальному та напірному резервуарах (див. рис. 10.2);

– сумарні втрати напору (по довжині h_l і на місцевих опорах ) у всмоктувальній та напірній трубах;

р₁, р₂ – тиск на вільній поверхні рідини, відповідно, у нижньому (приймальному) та верхньому резервуарах, Па;

ρ – густина рідини, кг/м³.

На практиці резервуари часто бувають відкритими, тоді р₁=р₂=р_атм і формула для визначення необхідного напору набуває вигляду:

. (10.3)

Корисною потужністю насоса називають корисну роботу насоса, що виконується ним за одиницю часу. При продуктивності Q (м³/с) та напорі Н (м) корисна потужність дорівнює:

N=ρgHQ, Вт (10.4)

Потужністю на валу насоса N_e називають споживану ним потужність, більша частина якої витрачається на створення корисної потужності, а інша, менша частина, витрачається на втрати в насосі: механічні (тертя у підшипниках та сальниках), гідравлічні (тертя рідини в елементах самого насоса), об’ємні (витікання через нещільності у насосі). Споживана потужність дорівнює:

, (10.5)

де η – ККД насоса, що дорівнює відношенню корисної потужності до споживаної, тобто:

. (10.6)

Потужність електродвигуна насоса визначається заводом-виробником. Вона повинна бути дещо більшою за N_e через можливі перевантаження насоса. Число обертів вала насоса за хвилину п, що вказане в каталозі, не може бути збільшене без узгодження із заводом-виробником. Дозволяється робота насоса зі зниженим числом обертів вала. При цьому величини Q і Н, що відповідають числу обертів п (вказаному в каталозі) зменшуються до величини Q₁ і Н₁ зі зменшеням числа обертів до п₁. Нові значення Q₁ і Н₁ визначаються з так званих законів пропорційності:

; (10.7)

(10.8)

Через те, що ККД насоса при зменшенні числа обертів вала майже не змінюється, закон пропорційності для нової потужності на валу насоса згідно із формулами (10.5), (10.7) і (10.8) буде наступним:

. (10.9)

Для відцентрових насосів величини, що характеризують роботу насосів при даному числі обертів вала, зазвичай наводять у вигляді графічних залежностей напору Н, потужності N та ККД η від подачі Q. Ці графічні залежності називають характеристикою насоса (приклад характеристики відцентрового насоса наведений на рис. 10.1).

Рис. 10.1. Характеристика відцентрового насоса

Як видно з рисунка 10.1, зі збільшенням подачі, потужність, що споживається насосом, безперервно зростає. При закритій засувці (вентилі) на нагнітальному трубопроводі (Q=0) насос споживає мінімальну потужність – на подолання тертя в підшипниках, сальнику і на переміщення рідини робочим колесом у корпусі насоса. Тому, щоб не перевантажувати насос, необхідно запускати відцентровий насос при закритій засувці.

Висота всмоктування насоса. В каталогах вказується допустима вакуумметрична висота всмоктування Н_{­доп.вак.}, яка вимірюється у метрах водяного стовпа і визначена при стендових випробуваннях насоса на воді при температурі 20 ^оС та атмосферному тискові, що відповідає 10 м вод.ст. Але при проектуванні насосних установок для конкретних (відмінних від стендових) умов необхідно розрізняти допустиму вакуумметричну висоту всмоктування насоса, що вказується в каталогах, та допустиму геометричну висоту всмоктування. При цьому допустимою висотою всмоктування (геометричною висотою) насоса називають різницю відміток осі насоса, що встановлюється, та рівня вільної поверхні рідини у приймальному резервуарі. Ця шукана геометрична висота насоса Н_доп. залежить від атмосферного тиску, густини та температури перекачуваної рідини, сумарних гідравлічних втрат та швидкості рідини у всмоктувальному трубопроводі, числа обертів та продуктивності насоса.

При проектуванні насосної установки допустима геометрична висота всмоктування насоса визначається за формулою:

, (10.10)

де р₁ – тиск на вільній поверхні рідини у приймальному резервуарі, Па;

h_вс – сумарні гідравлічні втрати у всмоктувальному трубопроводі, м;

р_t – тиск насичених парів рідини при заданій температурі, Па;

Δh_доп – допустимий кавітаційний запас (за каталогом), м.

Перевищення допустимої висоти всмоктування може привести до такого небезпечного явища, як виникнення кавітації, тобто закипання рідини у всмоктувальній порожнині насоса.