Учебное пособие 1464

Внешним проявлением кавитации является наличие шума, вибрации, падение напора, подачи, мощности и КПД. Очевидно, что работа насоса в кавитационном режиме недопустима.

Возникновение и характер кавитационных явлений определяются кавитационным за-

пасом h насоса

где h – кавитационный запас, превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией её насыщенных паров;

рвхн, вхн - абсолютное давление и скорость на входе в насос;

рнп - давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жид-

кости и её температуры. Для воды и бензина давление насыщенных паров – рнп в кПа при-

ведены в таблице 2.1.

Таблица 2. 1

Начальная стадия кавитации определяется критическим кавитационным запасом

hкр - кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2 % на частной кавитационной характеристике (Н= f( Н)) или на 1 м при напоре насоса более 50 м.

Величину критического кавитационного запаса hкр можно определить при кави-

тационных испытаниях насоса по частной кавитационной характеристике или по формуле С. С. Руднева:

где n- частота вращения, об/мин; Q - подача насоса, м3 /с;

С - кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса и равна: 600-800 - для тихоходных насосов; 800-1000 - для нормальных насосов; 1000-1200 - для быстроходных насосов.

- есть минимально допустимый избыток удельной энергии перекачиваемой жидкости на входе в насос над удельной энергией насыщенных паров жидкости, при котором не происходит холодного кипения жидкости в насосе или кавитации. Работа насоса без кавитации, определяется допускаемым кавитационным за-

пасом hдоп, вычисляемым по формуле

где А - коэффициент кавитационного запаса A=f( hкр), (А=1,05-1,3).

11

Кавитационная характеристика насоса hдоп= f(Q) – это графическая зависи-

мость допустимого кавитационного запаса от подачи в рабочем интервале подач (рисунок 2.2). Её получают при кавитационных испытаниях насоса по частным кавитационным характеристикам.

hдоп - характеристика допустимого кавитационного запаса Рисунок 2.2 – Кавитационная характеристика насоса К 8/18

Частная кавитационная характеристика H= f( h) - это зависимость напора насоса от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения, подаче и температуре жидкости (рисунок 2.3). Согласно стандарту на испытания насосов частные кавитационные харак-

теристики должны быть сняты на минимальной, номинальной и максимальной подачах рабочего интервала насоса.

Рисунок 2.3 – Частная характеристика насоса

При испытаниях насоса кавитационный запас ∆ оп определяется опытным путем по формуле

нп - давление насыщенных паров жидкости на входе в насос;

вхн - скорость жидкости на входе в насос;

12

нп - давление насыщенных паров жидкости на входе в насос.

Полученные опытным путем значения кавитационного запаса hon приводятся к но-

минальной частоте вращения nн по формуле (2.5) и строится частная кавитационная характеристика насоса (рисунок 2.3)

витационного запаса hкр и Q, а затем допустимый кавитационный запас hдоп по формуле

(2.3). По значениям hдоп и Q, определяемым по каждой частной характеристике, строим ка-

телем, всасывающий 2 и напорный 3 трубопроводы, задвижку 4, бак 5, вакуумный насос 6, контрольно-измерительную аппаратуру: манометр 7 и вакуумметр 8, диафрагму с подключенным к ней дифференциальным манометром 9, ваттметр и тахометр 10.

Рисунок 2.4 - Схема установки для кавитационных испытаний насоса

13

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных для получения частных кавитационных характеристик:

Частные кавитационные характеристики H = f( h) следует получить для минимальной, номинальной и максимальной подач насоса.

С этой целью необходимо:

1.Включить насос 1 и обеспечить заданную подачу насоса задвижкой 4 (от 100 до 40).

2.Уменьшать ступенчато давление на входе в насос, включением вакуумного насоса 6, начиная с давления, заведомо исключающего кавитацию, и заканчивая при резком падении напора, обеспечивая при этом Qi = const и снимая на каждой ступени показания мано-

- кавитационный запас hоп - по формуле (2.6)

∆ оп = б вхн нп + вхн .

Примечание. Если в опытах частота вращения nоп отличается от номинальной nн бо-

лее чем на 3 %, кавитационный запас hоп необходимо привести к номинальному числу обо-

ротов насоса nн по формуле (2.5).

∆ = ∆ оп н .

оп

Если же nоп отличается от nн менее чем на 0,5 %, принять h = hоп.

4. Результаты вычислений записать в таблицу 2.2 и построить по ним частные кавитационные характеристики насоса (рисунок 2.3).

14

Контрольные вопросы

1.Что такое кавитация, каковы её внешние признаки?

2.Что называется кавитационным запасом h и как его определить при испытаниях?

3.Что называется критическим кавитационным запасом hкр?

4.Что называется допускаемым кавитационным запасом hдоп?

5.Формула Руднева для определения критического кавитационного запаса?

6.Что такое высота всасывания и как она связана с кавитацией?

7.Что называется кавитационной характеристикой и как она изображается

8.графически?

9.Что называется частной кавитационной характеристикой и как её получить при испытаниях?

10.Как получают кавитационную характеристику центробежного насоса?

16

Лабораторная работа № 3 Параметрические испытания шестерённого насоса

Цель работы:

1)усвоить принцип действия шестеренного насоса и изучить работу насосной установки с объемным нерегулируемым насосом;

2)освоить методику испытаний нерегулируемого объемного насоса;

3)получить характеристику нерегулируемого объемного насоса.

Теоретические сведения. Гидравлическими машинами называют машины, которые сообщают протекающей через них жидкости механическую энергию (насос) либо получают от жидкости часть энергии и передают ее рабочему органу для полезного использования (гидравлический двигатель).

Всовременной технике применяется много разновидностей гидромашин. Наибольшее распространение получили объемные и лопастные насосы и гидродвигатели.

Рабочим органом лопастной машины является вращающееся рабочее колесо, снабженное лопастями. Передача энергии от рабочего колеса жидкости (лопастной насос) происходит путем динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью. К лопастным насосам относятся центробежные и осевые.

Объемным насосом называется насос, в котором жидкость перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса. К объемным насосам относятся: шестерёнчатые, пластинчатые, возвратно-поступательные и роторные насосы.

По принципу действия (точнее, по характеру процесса вытеснения жидкости) объемные насосы подразделяют на поршневые (плунжерные) и роторные.

Впоршневом (плунжерном) насосе жидкость вытесняется из неподвижных камер в результате возвратно-поступательного движения вытеснителей (поршней, плунжеров, диафрагм). В роторном насосе жидкость вытесняется из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательно-поступательного движения вытеснителей (шестерен, винтов, пластин, поршней).

Шестеренные насосы. Основная группа шестеренных насосов состоит из двух прямозубых шестерен внешнего зацепления (рисунок 3.1, а). Применяются также и другие конструктивные схемы, например, насосы с внутренним зацеплением (рисунок 3.1, б).

а) насос с внешним зацеплением; б) насос с внутренним зацеплением; 1 - ведущая шестерня; 2 – ведомая шестерня; 3 - корпус

Рисунок 3.1 – Шестерёнчатые насосы

17

Шестеренный насос с внешним зацеплением (рисунок 3.1, а) состоит из ведущей 1 и ведомой 2 шестерен, размещенных с небольшим зазором в корпусе 3. При вращении шестерен жидкость, заполнившая рабочие камеры (межзубовые пространства), переносится из полости всасывания 4 в полость нагнетания 5. Из полости нагнетания жидкость вытесняется из межзубового пространства зубом второй шестерни в напорный трубопровод.

В общем случае подача шестерного насоса определяется по формуле

для корригированных (улучшенных) зубьев k = 9,4; D - диаметр начальной окружности шестерни;

z - число зубьев;

b - ширина шестерен;

n - частота оборотов ведущего вала насоса; ηоб - объемный КПД.

Шестерённые насосы малого давления (0,4...0,6 МПа) применяются в системах смазки различных машин, а с давлением 7 ... 16 МПа - в гидроприводах. Широкое распространение получили насосы типа НШ. Они развивают номинальное давление 10...16 МПа и максимальное - до 25 МПа, объемный КПД их - 0,92, а КПД насоса - до 0,85.

Шестеренные машины в современной технике нашли широкое применение. Их основным преимуществом является конструкционная простота, компактность, надежность в работе и сравнительно высокий КПД. В этих машинах отсутствуют рабочие органы, подвержен-

ные действию центробежной силы, что позволяет эксплуатировать их при частоте вращения до 20 с-1.

Работа насоса характеризуется его подачей, напором, потребляемой мощностью, КПД и частотой вращения. Подачей Qн насоса называют расход жидкости через напорный (выходной) патрубок. Напор Hн представляет собой разность механических энергий единицы веса жидкости в сечении потока после насоса и перед ним.

Рабочий объем насоса qн - разность наибольшего и наименьшего значений замкнутого объема за оборот или двойной ход рабочего органа насоса. Он связан с идеальной пода-

сосы различных типов имеют аналогичные характеристики. На рисунке 3.2 представлена паспортная характеристика шестерённого насоса типа НШ 10-М.

Напорная характеристика нерегулируемого насоса есть Qн = f(p). Идеальная подача

Qт не зависит от давления, поскольку Qт= qнnн. Очевидно, Qт= f(р) при nн = const изобразится прямой, параллельной оси р.

18

Рисунок 3.2 - Характеристики нерегулируемого шестерённого насоса типа НШ-10

Напорная характеристика для реальной подачи Qн = f(р) при nн= const несколько отклонятся вниз от горизонтальной прямой. Такое отклонение связано с наличием утечек жид-

кости Q в насосе через зазоры из области нагнетания в область всасывания. Утечки жидкости прямо пропорциональны давлению и обратно пропорциональны вязкости жидкости. Ес-

ли вязкость жидкости 2< 1, то утечки будут больше и график Qн = f(р) будет проходить ниже, если 2> 1- выше.

Для того, чтобы обезопасить насос 1 и гидросеть 5 от чрезмерного повышения давления, параллельно насосу 1 устанавливается предохранительный клапан 7, который открывается под действием повышенного давления и пропускает часть рабочей жидкости Qкл от насоса через клапан в бак (рисунок 3.4). Наличие клапана изменяет (ломает) характеристику насоса (рисунок 3.3) в точке срабатывания предохранительного клапана 2. Прямая 1-2 отклоняется от горизонтальной прямой из-за увеличения утечек. Участок 2-3 характеризует работу предохранительного клапана. Величина участка 2-3 составляет 10...15 % от давления настройки клапана рнк и зависит от характеристики клапана.

На участке 2-3 подача жидкости в гидросеть равна:

Рисунок 3.4 – Реальная характеристика объемного насоса с предохранительным клапаном

19

Наряду с рассмотренными находят применение универсальные или топографические характеристики насоса. На них изображаются напорные характеристики для различных зна-

чений частот вращения nн и графики равных КПД и мощностей.

Описание установки. Установка с открытой системой циркуляции жидкости (рисунок 3.4) включает в себя: объемный насос 1, балансирный электродвигатель 2, бак 3, всасывающий 4 и нагнетательный 5 трубопроводы, дроссель 6, предохранительный клапан 7 и контрольно-измерительную аппаратуру, служащую для замера: подачи (расходомер 8), давления (манометр 9 и вакуумметр 10), мощности насоса (балансирный электродвигатель 2 с весами и рычагом 11 и тахометром 13).

Рисунок 3.3 - Схема стенда для испытания шестерённого насоса

При работе установки рабочая жидкость по всасывающему трубопроводу 4 поступает в насос, затем по напорному трубопроводу 5 через регулируемый дроссель 6 (если он открыт) к расходомеру 8 и в бак 3. В случае, если дроссель закрыт или открыт частично, давле-

ние за насосом повышается и, если станет больше давления настройки клапана рпк, предохранительный клапан 7 откроется и будет пропускать через себя в бак всю жидкость или часть её.

Порядок выполнения работы и обработка опытных данных:

1.Включить установку и добиться установившегося режима.

2.Изменяя положение дросселя 6, обеспечить давление на выходе из насоса равным: минимально возможному (нуль), 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 1.0 и 1.05 номинального давления.

3.При каждом режиме работы снять показания: манометра – рн, вакуумметра - рв,

расходомера - W , время наполнения – t, тахометра - n, весов - Мн и записать их в таблицу

3.1.

4. Выключить установку.

20