5. Геометрическая и вакуумметрическая высрта всасывания насосов. Зависимость между этими величинами. Практическое использование этих величин.

Движение жидкости по всасывающему трубопроводу и подвод ее к рабочему колесу осуществляется за счет разности давления над свободной поверхностью жидкости в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо. Однако давление в этой области не является постоянным; оно определяется расположением насоса по отношению к уровню свободной поверхности другими факторами.

Для установления точной зависимости между этими параметрами рассмотрим три возможных схемы установки насоса.

Схема1.

Забор насосом жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен ниже оси рабочего колеса насоса. Применяя теорему Бернулли для двух сечений (уровня свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре 0-0 и сечения 1-1 на входе в насос) и пренебрегая значением скоростного напора в первом из них, можем получить уравнение для определения абсолютного давления в интересующем нас сечении:

р₁/р = р_атм/р – Н_Sg – v₁²/2 – hвс0-1g, где Н_S – разность отметок оси рабочего колеса насоса и свободной поверхности жидкости в резервуаре; – hвс0-1- суммарные гидравлические потери во всасывающей линии насоса,м.

Из этого уравнения видно, что давление на входе в насос, работающий в заданном режиме по схеме1, определяется параметром:

Н_S = р_АТМ/g – р₁/g - v₁²/2g - hвс0-1 */g, который обычно называется геометрической высотой всасывания, а параметр

Н_В = (р_АТМ – р₁) /g называется вакууметрической высотой всасывания. Зависимость между геометрической и вакуумметрической высотой всасывания определяется из уравнения *:

Н_S = Н_В - v₁²/2g - hвс0-1;

Н_В = Н_S + v₁²/2g + hвс0-1.

Схема2.

Забор насосом жидкости из открытого резервуара. Уровень свободной поверхности расположен выше оси рабочего колеса насоса. Если мы примем за плоскость отсчета опять сечение 0-0, то единственное отличие данной схемы от схемы1 будет заключаться в том, что величина Н_S будет иметь отрицательной значение. В этом случае геометрическая и вакуумметрическая высоты всасывания будут иметь вид:

Н_S = v₁²/2g + hвс0-1 - Н_В ,

Н_В = v₁²/2g + hвс0-1 - Н_S.

Отрицательное значение геометрической высоты всасывания обычно называют подпором. При достаточном подпоре давление на входе в насос может устанавливаться больше атмосферного на всех режимах работы.

Схема3.

Откачка жидкости из замкнутого резервуара. Принципиальное отличие данной схемы от схемы2 заключается в том, что вакуумметрическая высота всасывания в этом случае: Н_В = (р_АТМ + р_ИЗБ – р₁) /g,, где р_ИЗБ – некоторое избыточное давление в зависимости от технологического назначения насосной установки, конструктивных особенностей ее исполнения и режима работы может быть положительным, отрицательным или даже знакопеременным.

При различных соотношениях абсолютных значений Н_S, р_АТМ, р_ИЗБ, давление на входе в насос может быть больше или меньше атмосферного. В зависимости от конструктивного исполнения Ц.Н отсчет геометрической высоты всасывания ведется по разному. Для горизонтальных насосов она равна разности отметок оси рабочего колеса и свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре. Для насосов с вертикальным валом она отсчитывается от середины входных кромок лопастей рабочего колеса (первой ступени для многоступенчатых насосов) до свободной поверхности жидкости в резервуаре.

Отсчет геометрической высоты всасывания насосов ведется от свободной поверхности воды в приемном резервуаре до плоскости, проходящей через оси лопастей рабочего колеса, у насосов с вертикальным валом и до наивысшей точки лопасти рабочего колеса у насосов с горизонтальным валом.

Необходимо обратить внимание на то, что высота всасывания насоса относится к числу параметров имеющих чрезвычайно важное практическое значение при проектировании насосных станций. Параметр Н_S, определяя положение насоса по отношению к уровню свободной поверхности в водоисточнике, определяет тем самым и глубину заложения фундамента машинного здания.

Значение Н_S неодинаково для насосов различных типов; даже для одного и того же рассматриваемого насоса оно не остается постоянным в процессе его эксплуатации.

Величина Н_S заметно изменяется в зависимости от режимов работы насоса, характеризуемых, в частности, скоростным напором на входе v₁²/2g . Возрастание скорости потока, вызываемое увеличением подачи насоса, приводит к уменьшению Н_S и, следовательно, необходимости расположения насоса ближе к уровню свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре.

Особенности компоновки насосной станции и в том числе конструкции всасывающей линии, характеризуемой гидравлическими потерями hвс0-1, также являются важным фактором в определении значения Н_S. Структура первой формулы указывает на предпочтительность коротких всасывающих линий с малой скоростью течения и минимумом местных сопротивлений.