4.1.3. Кавітація в насосах

Будь–який працюючий насос, у тому числі й відцентровий, створює розря­дження в усмоктувальній магістралі і тому спроможний усмоктувати рідину на обмежену висоту.

Для визначення максимальної висоти всмоктування насоса складе­мо рівняння Бернуллі для двох перетинів (рис. 4.9): на рівні вільної поверхні рідини (І–І) і на вході до насоса (ІІ–ІІ):

де: v₁– швидкість прямування рівня вільної поверхні рідини; Н_вс–геометрична висота всмоктування; p_вс та v₁– абсолютний тиск і швидкість в усмоктувальному патрубку насоса; h – витрати напору в

усмоктувальній магістралі на шляху від рівня вільної поверхні рідині до насосу.

Рис. 4.9. Розрахункова схема встановлення насоса

Через малу швидкість v₁ значенням швидкісного напору можна знехтувати. Тоді геометрична висота всмоктування

. (4.8)

Рівняння (4.8) показує, що геометрична висота всмоктування бу­де тим більшою, чим більше розрядження р_вс створює насос, та чим менше гідравлічний опір у всмоктувальній лінії і швидкість потоку.

Максимальної висоти всмоктування теоретично можна досягти при повному вакуумі у всмоктувальному патрубку насоса (p_вс=0) і при відсутності гідравлічних витрат напору (h_г= 0), що може бути при v₀= 0. (Для пального ТС–1 при атмосферному тиску p_а = 0,0981 МПа і =78О кг/м³, t =20 ^oС гранична висота всмоктування H_вс =12,8 м). У реальній ситуації підняти рідину на таку висоту неможливо через наявність гідравлічного тертя в усмоктувальному трубопроводі і кипіння рідини, що настає при p_вс p_t, де р_t – тиск насиче­них парів, тобто то є найбільший тиск парів, що знаходять-ся над рідиною, що виникає в закритій посудині при цій темпера–турі.

Залежність тиску насичених парів деяких сортів пального від тем­ператури наведена у таблиці 4.2.

Таблиця 4.2

Тиск насичених парів деяких сортів пального

Температура,оС	0	20	40	60	80	100
ТС–1, кПа	4,15	5,33	7,60	11,46	18,65	30,80
Т–1, кПа	3,33	4,26	5,8	8,0	11,82	21,2
Бензін, кПа	6,6	10,9	32,1	-	-	-

Якщо тиск в усмоктувальній магістралі насоса стає менше тиску насичених парів рідини (р_вс< р_t), починають утворюватися бульбашки, наповнені парами рідини й газами, що виділяються з рідини. При цьому вони порушують суцільність потоку. Потрапляючи до області підвищеного тиску, вони руйнуються (захлопуються) із великою швидкістю (протягом декількох мілісекунд). У цьому разі відбувається місцеве різке підвищення тиску до декількох десятків мегапаскалів і температур до 300 – 400^оС. Процес утворення та руйнації бульбашок називають кавітациєю. Вона призводить до зменшення подачі насоса, виникнення пульсації тиску, вібрації насоса та підвищення гідравлічного тертя. У місцях руйнації бульбашок на поверхнях де­талей виникає ерозійний знос, що швидко виводить деталі насоса з ладу. Частіше за все ерозія спостерігається на лопатках і зовнішній поверхні робочого колеса, а також у корпусі спірального відведення рідини. Вплив кавітації на прискорений знос деталей насоса посилюється через наявність в рідині забруднень, а вони в свою чергу сприяють більш ранній появі кавітації. Кавітація супро­воджується підвищеним шумом і вібрацією насоса. На початок кавітації впливає повітря, що міститься в рідині. Чим більше розчиненого і нерозчиненого (у вигляді маленьких бульбашок) повітря в рідині, тим раніше (тобто при підвищеному тиску в усмоктувальній порожнині насоса) настає кавітація.

Для гарантії безкавітаційної роботи насоса, тиск рідини в його усмоктувальній магістралі повинно бути більше тиску насичених парів на деяку значення, яку прийнято називати потрібним кавіта­ційним запасом р_кав. Безкавітаційна робота насоса забезпечується умовою:

.

Кавітаційний запас залежить від конструкції насоса, режиму його роботи, ступеня насиченості пального повітрям, чисто­ти рідини й температури. Через те, що вплив перерахованих чин­ників не піддається точному обліку, кавітаційний запас тиску визначають експериментальним шляхом і вказують у паспорті на насос.