5.7. Высота всасывания насоса

Одним из важных эксплутационных парамет­ров насосов, в том числе и поршневых, является величи­на геометрической высоты всасывания h_вc (рис. 51).

рис. 51. Схема для определения высоты

всасывания поршневого насоса:

1 - расходный резервуар;

2 - рабочая камера насоса

Из схемы, изображенной на рис. 51, видно, что при работе поршневого насоса в процессе всасывания может происходить подъем жидкости на высоту h_вc из расход­ного резервуара 1 в рабочую камеру 2.

Высота подъема жидкости тем больше, чем больше разрежение в рабочей камере 2, создаваемое поршнем в процессе всасывания.

Теоретические рассуждения о высоте всасывания для поршневых насосов применимы для центробежных на­сосов, рассмотренных выше.

По условиям всасывания поршневые насосы находят­ся в менее благоприятных условиях, чем центробежные.

В то время как потери напора в центробежных насо­сах вызываются подъемом жидкости и преодолением гидравлических сопротивлений во всасывающем трубопро­воде, в поршневых насосах возникают еще и потери напо­ра в результате действия сил инерции из-за неравномер­ности движения жидкости.

Максимальная допустимая геометрическая высо­та всасывания для поршневых насосов определяется по аналогии с центробежными, но с учетом действия сил инерции:

h_вс^max  H_вак^доп - - h_ин или

h_вс^max  (P_амт – P_пар) / (g) - - h_ин , (5.14)

где h_ин - потери напора на преодоление инерционных сил, воз­никающих вследствие неустановившегося движения жидко­сти во всасывающем трубопроводе насоса, м.

Гидравлические потери напора во всасывающем тру­бопроводе поршневого насоса определяются по извест­ным формулам гидравлики:

= h_l + h_м , (5.15)

где h_l - потери напора по длине всасывающего трубопровода, м;

h_l =   l_вс/d_вс  V_вс²/(2g) , (5.16)

 - коэффициент Дарси;

l_вс, d_вс - длина и диаметр всасывающего трубопровода, м;

V_вс - скорость потока перекачиваемой жидкости во всасы­вающем трубопроводе, м/с;

h_м - потери напора из-за местных сопротивлений во вса­сывающем трубопроводе, м;

, (5.17)

 - коэффициент местного сопротивления.

Потери напора на преодоление инерционных сил, возникающих вследствие неустановившегося движения жидкости во всасывающем трубопроводе, можно опреде­лить по формуле:

h_ин = a  l_вс/g  D²/d_вс² , (5.18)

где а - ускорение поршня, зависящее от его положения в ци­линдре, т.е. от угла поворота  кривошипа, м/с²:

a = r  w²  cos , (5.19)

w - угловая скорость вала кривошипа, с^-1;

D - диаметр поршня, м.

При обычном соотношении радиуса кривошипа r и длины l_ш шатуна r/l_ш = 1/5 ускорение поршня составит:

a = 6/5  w²  r = 6/5  (n/30). (5.20)

Следовательно, инерционные потери пропорцио­нальны квадрату частоты вращения n вала привода насоса. Увеличение числа оборотов привода значи­тельно снижает допустимую высоту всасывания пор­шневого насоса.

Действительную высоту всасывания h_вc следует при­нимать примерно на 1 м меньше, чем получается по рас­чету. Нельзя допускать парообразования под плоскостью нагнетательного клапана при колебаниях температуры и давления воздуха, а также изменения уровня жидко­сти в расходном резервуаре, что могло бы привести к разрыву столба жидкости и гидравлическому удару при обратном движении потока жидкости.

Допустимая высота всасывания поршневого насоса при перекачивании воды с температурой до 30°С обычно не превышает 5-6 м.

Допускаемая высота всасывания насоса возвратно-по­ступательного действия, как отмечалось выше, может быть увеличена при установке воздушного колпака на всасывании, тогда существенно уменьшается инерцион­ный напор во всасывающем трубопроводе.

От расходного резервуара до воздушного колпака ско­рость потока остается примерно постоянной, и жидкость получает ускорение лишь только на участке всасываю­щего трубопровода от воздушного колпака до всасываю­щего патрубка. Тогда в формуле определения h_ин (5.18) величина l_вс будет измеряться как расстояние l_вс от кол­пака до цилиндра насоса.

Чтобы увеличить высоту всасывания h_вс, можно уве­личить диаметр всасывающего трубопровода.

Как отмечали выше, допустимая геометрическая вы­сота всасывания любого насоса уменьшается при повыше­нии температуры и удельного веса перекачиваемой жид­кости, при увеличении подачи и геодезической высоты местности, при увеличении гидравлических сопротивле­ний во всасывающем трубопроводе. Кроме того, для пор­шневых насосов - при увеличении хода и диаметра порш­ня, при увеличении частоты вращения вала кривошипа. На практике для определения допустимой вакуумметрической высоты всасывания Н_вак^док для перекачивания воды поршневыми насосами пользуются данными, приведен­ными в таблицах.

Для определения высоты всасывания (ее допусти­мого значения) строят кавитационную характеристику насоса (рис. 52).

рис. 52. Кавитационная характеристика насоса

Кавитационная характеристика поршневого насоса - графическое изображение зависимости подачи Q от вакуумметрической высоты всасывания Н_вак при посто­янных значениях частоты вращения вала кривошипа, вязкости и плотности жидкой среды и давления на входе в насос, т.е.

Q = f(H_вак) .

С помощью кавитационной характеристики (рис. 52), построенной для разных частот (n₁ и n₂) вращения вала кривошипа и при постоянных температурах жидкости, мож­но найти те значения вакуума Н_вак, при которых происхо­дит срыв всасывания (точки К₁ и К₂), а по ним несложно рассчитать допустимую высоту всасывания насоса.