4. Статические и динамические характеристики гидравлических машин и приводов

4.2. Кавитационная характеристика

В общем случае выбор скорости вращения вала насоса обуславливается тремя факторами:

1. скоростью вращения вала приводного двигателя;

2. прочностью отдельных деталей насоса, испытывающих в процессе его работы совокупность статических и динамических нагрузок;

3. надежностью заполнения рабочих камер насоса жидкостью.

Необходимость учета третьего фактора стала очевидной сравнительно недавно, а именно с появлением высокооборотных энергетических агрегатов, устанавливаемых на кораблях. Причем абсолютно точному аналитическому расчету этот фактор не всегда поддается, особенно применительно к насосам. В то же время этот фактор в ряде случаев является определяющим при выборе частоты вращения некоторых типов насосов (особенно шестеренных насосов и червячно-винтовых).

Поэтому обычно вновь проектируемые насосы, или серийно выпускаемые, которые предполагается использовать в условиях и на жидкостях, отличных от указанных в паспорте (каталоге), всегда испытываются на устойчивость к кавитации. Снимается кавитационная характеристика и устанавливается максимально-допустимая скорость вращения вала насоса (см. рис. 4.3). Перегиб характеристики Q₁= f(n₁) в точке n_кт происходит вследствие возникновения явления кавитации.

Начало кавитации

Рис. 4.3. Кавитационная характеристика

Кавитация – пустообразование (нарушение сплошности потока, иногда определяют как «местное закипание жидкости»). Кавитация происходит из-за падения давления на всасывающей стороне насоса (применительно к насосам) ниже давления насыщенных паров данной жидкости при данной температуре, в результате чего внутри жидкости образуются пузырьки пара (кипение жидкости), при этом поток становится двухфазным, т.е. состоящим из жидкой и паровой фаз. Пузырьки пара попадают в область более высоких давлений, где происходит их резкое сжатие и конденсация, т.е. они исчезают («схлопываются»). И на их место со значительной скоростью устремляется жидкость, в результате чего происходят микровзрывы большой интенсивности (1000 атм). Если пузырьки находились на поверхности твердых тел, то в результате микровзрывов происходит выкрашивание металла и выход насоса из строя. Кавитация нарушает нормальное движение жидкости и неразрывность потока, в результате чего снижается напор, расход и КПД насоса. Кавитация обнаруживается по шуму и вибрации насосов при их работе. Таким образом, явление кавитации в гидроприводах недопустимо. Кавитация может возникать во всех местных гидравлических сопротивлениях, где поток претерпевает местное сужение с последующим расширением, например, в кранах, вентилях, жиклерах и др.

Для избежания кавитации необходимо, чтобы давление на входе в насос было больше давления насыщенных паров жидкости.

Установлено, что . Как сдвинуть n_кт вправо?

1. Увеличить площадь проходного сечения всасывающего трубопровода и всасывающей полости (скорость при неизменном расходе уменьшится, давление увеличится) – многие шестеренные насосы, в том числе, применяемые в лабораторном практикуме, выполнены именно так – это машины одностороннего направления вращения.

2. Использовать менее вязкую жидкость, но с более низким давлением парообразования.

3. Поднять масляный бак выше насоса.

4. Наилучший результат дает предварительный «наддув» бака.

5. В системах с замкнутой циркуляцией – подпитка с помощью вспомогательного насоса в магистраль всасывания.