Значения рабочих параметров насоса при частоте вращения ротора

n₂ = _________ об/сек (значение n₂ дает преподаватель)

№ режима Параметр и формула расчета	1	2	3	4	5	6	7	8
Напор м. ст. жидкости
Подача л/сек	0
Мощность насоса

3.6 Оформление отчета

По выполненной работе должен составляться отчет, который должен содержать:

1. Титульный лист (наименование лабораторной работы, дата выполнения и Ф.И.О. курсанта).

2. Цель работы.

3. Упрощенную (принципиальную) схему опытной установки, используемые методы определения основных величин и расчетные зависимости, протоколы (таблицы) испытаний и расчетов, графики характеристик (на миллиметровой бумаге) с указанием рабочей зоны, выводы по результатам испытаний (сравнение с паспортными данными испытуемого насоса).

3.7 Контрольные вопросы

1 .Какова цель энергетических испытаний насосов?

2. Какими приборами и устройствами оборудован стенд для определения напора, подачи и мощности насоса?

3. Как определяется подача насоса во время опытов?

4. Почему вихревой насос следует запускать при открытом клапане на нагнетательном трубопроводе?

5. Как регулируется подача во время опытов?

6. Почему нельзя регулировать подачу насосов путем закрытия клапана на всасывающем трубопроводе?

7. Как определяется к.п.д. насоса?

8. Как изменяется напор, мощность и подача насоса с изменением частоты вращения вала насоса?

Лабораторная работа № 4.

Кавитационные испытания насоса

4.1 Цель работы

1. Приобретение опыта проведения кавитационных испытаний вихревого насоса.

2. Практическое ознакомление с явлением кавитации в лопастных насосах и причинами ее возникновения.

3. Получение частной кавитационной характеристики, т.е. графика зависимости напора и мощности от кавитационного запаса энергии при заданной подаче.

4 . Определение критического Δ h_кр и допустимого кавитационного запаса Δ h_доп и допустимой высоты всасывания .

4.2 Вводная часть

Кавитация в насосах вредное и опасное явление.

Сущность заключается в нарушении сплошности потока (образовании паровых пузырьков) в тех местах, где абсолютное давление в жидкости снижается до давления парообразования при данной ее температуре, и последующей конденсации пара, т.е. захлопывании пузырьков в области более высокого давления. Это сопровождается такими внешними признаками, как увеличением шума насоса и его вибрации, а так же снижении производительности. В местах захлопывания пузырьков, в силу возникающего при этом ударного повышенного давления (до 1000 бар), происходит постепенное разрушение поверхности рабочих органов, что является, наряду с возможным срывом подачи при развитии кавитации, наиболее опасным ее следствием. Поэтому длительная работа насосов в режиме кавитации не допустима.

Причины возникновения кавитации могут быть условно разделены на внешние и внутренние.

К внешним причинам относятся:

1. Увеличение высоты всасывания насоса, например, из-за снижения уровня жидкости в резервуаре;

2. Уменьшение давления на поверхности всасывания;

3. Увеличение температуры перекачиваемой жидкости (что снижает давление парообразования)

4. Увеличение скорости подачи в насосе вследствие увеличения частоты вращения ротора или подачи жидкости;

5. Отрыв потока от стенок или местное сжатие;

6. Отклонение струек потока от нормальной траектории, что возможно при резких поворотах или обтекании посторонних тел, попавших в проточную часть насоса.

Различают две стадии кавитации: местную и развитую (или срывную).

При местной кавитации пузырьки образуются лишь в небольшой части сечения потока; при развитой - парогазоводяная смесь зажимает большую часть канала, вызывая резкое снижения параметров насоса(Н,N,Q).

В лопастных насосах кавитация возникает на тыльной стороне лопаток рабочего колеса вблизи ее входной кромки, где действует наименьшее давление.

Кавитационные нарушения работы имеет место во всех типах динамических насосов (центробежных, вихревых, осевых) и объемных (поршневые, шестеренчатых и других).

Внешними признаками кавитации в объемных насосах так же является дополнительный шум и вибрация, а при развитии кавитации снижение подачи. Подача уменьшается от того, что рабочие камеры сжатия к концу фазы заполнения остаются частично не заполнены жидкостью. Причиной этого является интенсивное выделение из жидкости из пара и газа, когда давление снижается до давления парообразования жидкости при данной температуре.

Условием отсутствия кавитации в насосе является требование, чтобы везде в пределах его проточной части абсолютное давление перекачиваемой жидкости было больше давления ее парообразования Р_n (его еще называют упругостью паров и давлением насыщенного пара).

Кавитация возникает когда давление в потоке становится равным давлению насыщенных паров жидкости.

Таким образом, кавитация ограничивает наименьшее абсолютное давление, т.е. наибольший вакуум, на всасывании насосов или, другими словами, их всасывающую способность. Большинство лопастных насосов допускают увеличение вакуума лишь до 6-8 м водяного столба, при большем вакууме начинается кавитация.

Максимальное значение вакуума на входе в насос, при котором насос надежно работает без признаков кавитации, называется допустимой вакуметрической высотой всасывания , она является показателем всасывающей способности насоса (не путайте со способностью самовсасывания, под которой понимается максимально допустимая высота расположения самовсасывающего насоса над уровнем жидкости в расходном резервуаре).

Абсолютное давление на входе в насос (Р_вx)тем меньше, чем больше геометрическая высота всасывания (Н_s), падение давления во всасывающем трубопроводе (ΔР_вс) из-за гидравлических потерь в нем и скоростное давление

и чем меньше барометрическое (Р_б) и избыточное давление в приемной емкости (Р_o).

При достаточно большой геометрической высоте всасывания и сопротивлении всасывающего трубопровода или слишком малом давлении в приемном резервуаре или увеличении скорости потока давление у входа может снижаться до давления, при котором возникает кавитация. Для каждого насоса существует минимальное значение давления, т.е. энергии жидкости на входе, при котором начинается кавитация.

Для оценки условий возникновения кавитации в насосах введено понятие кавитационного запаса энергии жидкости на всасывании.

Кавитационным запасом энергии называется превышение полной удельной энергии жидкости над удельной энергией ее насыщенных паров на входе в насос. Этот удельный показатель может быть:

объёмным (на 1 метр кубический)

;

массовый (на 1 кг массы)

;

весовой (на 1 ньютон веса)

,

При больших кавитационных запасах кавитационные явления отсутствуют и величины напора и мощности при разных кавитационных запасов не изменяются. Возникновение кавитации приводит к уменьшению напора насоса, мощности и к.п.д. Режим, при котором начинается падение напора и мощности называется первым критическим. Ему соответствует первый критический кавитационный запас Δh_кр. При дальнейшем уменьшении кавитационного запаса (т.е. увеличение вакуума на всасывании) происходит резкое уменьшение напора и мощности. Кавитационный запас на этом режиме называется вторым критическим или срывным Δh_ср. У тихоходных насосов первый критический режим может не обнаруживаться. В этом случае приходится ограничиваться только вторым критическим режимом.

Работа насоса между первым и вторым критическим режимом может быть допущена, если не предъявляется требование надежности или если работа краткосрочная. Для этого чтобы не получилось, что насос из-за недостаточного учета всех факторов, работает в режиме кавитации назначают небольшое превышение допустимого кавитационного запаса над критическим (Δh_доп = φ·h_кр, φ = 1,1 ÷ 1,3). Большую величину φ назначают, если расчет допусти-мого кавитационнго запаса ведется по второму критическому запасу.

Зная допустимый кавитационный запас для данного насоса, можно рассчитать допустимую вакуумметрическую и геометрическую высоты всасывания для определенных режимов его работ по формулам:

Р_вx – допустимое абсолютное давление на входе в насос, отнесенное к оси насоса, Па;

Р_б-барометрическое давление, Па;

Р_о- избыточное давление на поверхности всасывания, Па;

Р_n-давление парообразования жидкости, Па;

Δh_доп – допустимый кавитационный запас энергии, м;

V_вx – скорость на входе в насос, м/с;

- суммарные гидравлические потери во всасывающем трубопроводе, м.

В отличие от допустимого кавитационного запаса вакуумметрическая высота всасывания зависит не только от конструкции насоса и режима его работы, но и от рода и температуры жидкости и барометрического давления.

Русский ученый профессор С.С Руднев установил зависимость кавитационного запаса Δh от параметров работы насоса. Он предложил формулу для расчетного определения кавитационного запаса в зависимости от значения параметров работы насоса на номинальном режиме.

,

здесь: n – частота вращения ротора насоса, об/с;

Q – подача насоса, м³/с;

С – кавитационный коэффициент быстроходности насоса.

Пользуясь формулой Руднева, получаем:

,

где: n’ об/мин, Δh_кр м.ст. жидкости.

В отличие Н_sвак и Δh коэффициент С для всех геометрических подобных насосов при их работе на подобных режимах является постоянным.

Коэффициент С используется как основная характеристика кавитационных качеств насосов и называется кавитационным коэффициентом быстроходности.

Выбрав его значение в зависимости от назначения насоса, рассчитывают допустимую критическую высоту всасывания или при известном значении Δh_кр определяют максимальную частоту вращения ротора насоса n’.

Для лопастных насосов со средними кавитационными качествами С=800- 1000; насосы с повышенными кавитационными качествами имеют С=1300 и больше.

Вихревые насосы имеют низкие кавитационные качества (С<600). Их кавитационные качества повышают путем применения предвключенных центробежных ступеней или осевых колес.

Для выявления кавитационных качеств насосов производят их кавитационные испытания, в результате которых для ряда режимов работы насоса по подаче получают экспериментальные частные кавитационные характеристики.

Частная кавитационная характеристика (рис. 4.1) представляет собой зависимость напора Н и мощности N насоса от кавитационного запаса энергии Δh при постоянной подаче Q и чистоте вращения n. По частным графикам кавитационных характеристик определяют численное значение критического запаса энергии Δh_кр (в точке в которой напор по графику H = f (Δh) уменьшается на 2÷3 % или происходит срыв работы насоса), вычисляется допустимая вакууметрическая высота всасывания и строятся графики обобщенных кавитационных характеристик .