Тема 13. Припустима висота усмоктування, кавітація

13.1 Теоретичні положення

Максимально припустима висота установки насоса визначається станом потоку, тиском і температурою рідини на вході в робоче колесо.

За рахунок прискорення потоку рідини тиск у певних точках усмоктувального трубопроводу може стати нижчим тиску насичених пар Р_н. _п. рідини при заданій температурі, що приведе до виникнення парогазових порожнин в об’ємі рідини. Потрапляючи в зону підвищеного тиску, пара, що конденсується, створює додаткові динамічні навантаження на лопатки робочого колеса.

Процес зародження й зхлопивання парогазовых міхурів за рахунок зниження тиску в потоці називається кавітацією.

Кавітація супроводжується характерним шумом, погіршенням робочих характеристик насоса Q, Н, і зниженням надійності роботи насоса за рахунок часткового руйнування (корозії) лопаток робочого колеса.

Кавітаційний запас являє собою різницю між тиском на усмоктуванні в насос і тиском насиченої пари:

(13.1)

На практиці використовують певний запас тиску, що дозволяє уникнути виникнення кавітації.

Величина цього коефіцієнта кавітаційного запасу приймається рівною К_кав.=1,2 1,4. Критичний кавітаційний запас визначають по формулі Руднєва:

(13.2)

тут n - число обертів колеса, об/хв;

Q - подача насоса, м;

С - коефіцієнт швидкохідності для звичайних насосів (8001000)

Припустима висота усмоктування

- (13.3)

Аналогічні явища кавітаційного скипання спостерігаються також на піднімальних ділянках сифонних трубопроводів.

13.2 Практичні завдання

13.1 Визначити абсолютний тиск води й кавітаційний запас перед входом у відцентровий насос при подачі насоса, рівної Q. Усмоктувальну трубу довжиною L, діаметром d=20 мм уважати гідравлично гладкою. Опір прийомного клапана дорівнює . Температура води дорівнює t. Атмосферний тиск дорівнює Ра. Висота усмоктування Н, м.

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Q, л/с	0,3	0,4	0,42	0,44	0,46	0,48	0,5	0,55	0,6	0,63
H, м	5,5	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	6
L, м	12	13	14	15	6,5	9	10	11	7	8
	1	2	3	4	5	6	7	8	2	3
t, °С	30	40	50	60	35	45	55	65	25	20
Pa, мм.рт.ст	720	800	760	810	770	820	780	800	790	750

13.2 Визначити максимально припустиму витрату на усмоктувальній лінії з умови відсутності кавітації перед насосом, якщо висота усмоктування насоса Н_ВС=4 м, довжина трубопроводу L, діаметр d. Тиск насиченої пари Р_НП = 40 кПа; атмосферний тиск 750 мм.рт.ст. Коефіцієнт опору прямого фільтра _Ф, коефіцієнт тертя прийняти для турбулентного режиму рівним 0,03. Розрахувати для отриманої витрати критичний кавітаційний запас по формулі Руднєва при числі обертів n і коефіцієнті швидкохідності С.

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
L,м	4	4,2	4,4	4,8	5	5,2	5,4	5,6	5,8	6
d,мм	15	16	18	20	22	25	26	30	32	24
Ф	12	13	16	18	10	20	8	6	4	2
n, об/с	750	800	900	1000	1500	2000	3000	4000	5000	2900
C	800	850	900	920	940	960	1000	1300	1200	860

13.3 Визначити мінімально можливий діаметр трубопроводу для подачі води з витратою Q=10^-3 м³/с при висоті усмоктування Н, по латунних трубах довжиною L, з коефіцієнтом місцевого опору у вигляді зворотного клапана й фільтра, рівним _КФ. Мінімально припустимий вакуум на вході в насос дорівнює Р_ВАК.

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Н, м	5	4,5	4,0	3,5	3	2	3,2	3,6	3,8	2,5
L, м	7	6	5	4	2	8	9	10	11	3
КФ	15	13	12	11	10	9	8	7	6	5
РВАК, кПа	35	40	45	25	33	28	15	37	20	90

13.4 Визначити припустиму висоту усмоктування для насоса, що має коефіцієнт швидкохідності С=1000, якщо відомо, що сумарні втрати тиску при витраті G становлять P. Діаметр усмоктувального трубопроводу d, температура води t, коефіцієнт кавітаційного запасу К_КАВ=1,2, число обертів двигуна n.

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
G,кг/с	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,6	2,8
P,ата	0,05	0,1	0,15	0,2	0,22	0,24	0,26	0,28	0,3	0,25
d,мм	25	30	32	40	45	22	24	26	28	50
t, °С	20	30	40	50	60	70	80	45	55	65
n, об /м	3700	3800	1000	1200	1500	2700	2900	3000	1400	1800

13.5 Визначити мінімальний діаметр сифонного трубопроводу, виконаного зі скляної труби, що забезпечує витрату рідини G. Піднімальна галузь довжиною L1 піднімає рідину на висоту Н1, температура рідини дорівнює t.

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
G,кг/с	0,5	0,1	0,2	0,8	0,3	0,4	0,6	0,7	0,9	1,0
L1,м	1,6	1,8	2,0	2,5	2,8	3,5	3,2	3,4	3,6	3,0
H1,м	3,6	3,8	4,0	4,5	4,8	5,8	5,2	5,4	5,6	3,0
t, °С	20	30	40	50	65	70	80	45	55	60
Рідина.	вода	нафта	гас	нафта	бен- зин	гас	вода	бен- зин	гас	вода

13.6 Рідина з температурою 60 ^оС по трубопроводу довжиною L, діаметром d відкачується через фільтр із бака, що перебуває під атмосферним тиском, розташованим нижче всмоктувального патрубка, насоса на відстані 3 м. Коефіцієнт швидкохідності насоса прийняти С=900, частота обертання n=50 1/с, атмосферний тиск 800 мм рт.ст. Визначити припустимий коефіцієнт опору фільтра при подачі Q, вважати трубу гідравлічно гладкою.

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
L, м	10	11	12	13	14	15	16	18	20	25
d, мм	42	28	20	25	30	32	40	45	36	44
Q, л/с	1,2	1,25	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0
Рідина	вода	нафта	гас	нафта	бен- зин	гас	мас-тило И-50	мас-тило И-20	р-р23% NaCl	спирт