Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Петрина, Н. П. Объемные гидромашины (насосы и двигатели)

.pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
21.10.2023
Размер:
8.93 Mб
Скачать

явление газовой кавитации не при давлении паров р п , а при большем. По пэдромеханическим уравнениям кавитации создаются практические способы кавитационных испытаний гидромашин.

Для получения

таких уравнений

применим к рис. 1.9 уравнение

Д.Бернулли

 

 

 

 

 

 

 

Т

Т

6

т в

'

 

л , 2 7 )

откуда получим уравнение рабочей вакуумметрической высоты

всасывания Н6 а к ,которое

одновременно является

и уравнением

гидравлической

характеристики

всасывающего трубопровода

H6 c .Tp=t(Q),T -

е -

 

 

 

 

 

 

H 6 c . T p = H e 0 K = - ^ - e

= Z ^ - ^ ^ - h T . B = 2 ^ K B

( l % (1.28)

где K e = ( ^ + ^ X + ^ ^ ^ F ^ ^

К 0 Э Ф Ф и и й е н т

сопротивления

всасываю-

в

 

щего

трубопровода по

скорости,полу­

 

 

ченной на основании

того, что

 

 

 

a .

KQ

 

 

 

 

 

 

 

'

 

 

( I - 2 9 )

В вакуумных аппаратах (конденсаторах, испарителях) давление на нижнем уровне меньше атмосферного Рну< Ро , поэтому вместо уравнения (1.28) будем иметь следующей выра-

Принимая в уравнениях (1.28)

и (1.30) давление р а

=

= 10,33 м вод. ст. и р6 ,равное

давлению паров жидкости

р п

по графикам рис.1.10,получим лишни максимальной вакууметри-

ческой высоты всасывания

3 (рис.1.I I ) и соответственно ха­

рактеристики всасывающего

трубопровода I и 2.Точке

At отве­

чает максимальный расход

0 4 , когда

на нижнем уровне

системы

давление р ^ г р а , а точке А г

отвечает

расход Q a когда

р^<ра.

Следовательно, расход одного и того же трубопровода умень­

шается

с уменьшением давления на нижнем уровне

40

 

и 6o9.cm|

 

 

 

j

15

 

 

 

i

 

 

 

 

1—\-

 

 

ВоЭа

i

 

 

 

10

Бензин Б-70

ч /

/Керосин ТС-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

-

)/

 

/Масло АМГ-10

\

 

 

 

Пасло инди-

-

 

^ стриальное-2о

 

 

1

 

 

 

 

 

 

*"|

 

 

 

0

20 40 60 «О

100 120 140 160

180 °С

РИС. 1.10. Давление насыщенных паров воды,бензина, керосина и масел в зависимости от температуры

системы - это свойство системы, и оно

не

зависит

от

свойств

насоса,

так как никакой насос не может

создать вакуум

 

 

 

^

 

, .max

 

 

 

 

 

более

H b a K вследствие

 

 

 

возникновения

кавитации

 

 

 

в его

приемной

камере

 

 

 

(всасывающей полости).

 

 

 

 

В приемной

камере

 

 

 

насоса

вследствие

местно­

 

 

 

го увеличения

скорости,

 

 

 

гидравлических

и инерци­

 

 

 

онных сопротивлений дав­

Рис.

I . I I . Гидравлическая

ха­

ление

может уменьшиться

до давления паров

рп

рактеристика всасывающего

трубо­

 

провода

 

и тогда начнется

кавита­

ция, чему соответствует 41

уравнение энергии для приемной камеры

Р& С в _

« u

от)

где A h K p - критический кавитационный запас, который пред­ ставляет собой ту часть потенциальной энергии -^у-> которая превратилась в кинетическую вследствие увеличения скорости и частично затратилась на гидравлические и инерционные сопротивления.

Из уравнений (1.24) и ( I . 3 1 ) и в соответствии с опре­ делением понятия критической высоты всасывания получим ее уравнение в таком виде

 

крчт_

Pg-Pn

С|

^п крит •

, т

\x.ocj

 

нвак

£

Zg

 

 

Для предупреждения явления кавитации пользуются допусти­

мой высотой всасывания, которая принимается в качестве

 

н о м и н а л ь н о г о

п а р а м е т р а

насоса.

 

 

..доп

Р д - Р п

С в

..

( т w

 

нвак

у

Eg

П д - о п '

 

 

где

ДНдоп=ККаьЛ11 крит— допустимый кавитационный

запас при

 

коэффициенте запаса Кков»1,1^-2,величина которого

принимается

в зависимости от типа насоса, свойств жидкости и особенно-

стей системы (возможности подсосов воздуха). Так

к а к у » ^ >

то

вместо уравнения (1.33) можно пользоваться следующим

 

 

Н Г а к ^ О - Л Ь д а л

(1.33а)

Явление кавитации может обнаруживаться визуальным на­ блюдением за появлением в потоке каверн через прозрачные стенки канала, виброакустическим способом по силе ударов исчезающих каверн и по изменеьию эксплуатационных параметров подачи, напора, к. п. д . , мощности и вакуумметрической вы­ соты всасывания, чем широко пользуются в условиях производ­ ства и эксплуатации для получения (снятия) кавитационных характеристик (рис. I . I 2 ) .

42

N,

 

 

a,

 

 

H

a

 

 

 

 

" BQK

1CD

 

I Крит

Hbqk м.боЭ.ст.

 

Ah крит

 

BQK

 

 

2g

Рис. I . 1 2 . Кавитационная характеристика насосов

Для этой цели служат специальные кавитационные уста­ новки, где на нижнем уровне вакуумнасосом постепенно уменьшают давление р н у , ч т о увеличивает Н в а к ДР его критиче­ ской величины, при этом остальные величины правой части уравнения (1.30) не меняются до начала кавитации. В началь­

ной стадии кавитации

параметры Q,H,N

меняются незначи­

тельно, а при дальнейшем ее

развитии

они заметно уменьшают­

ся, вплоть до отказа

насоса,

когда становится Q =0 . На ка-

витационной характеристике, которая графически строится по замеренным параметрам, критический вакуум принимают по точ­ ке К , ее наносят на графике H=-flHBaK), допуская, что общая кавитация начинается при уменьшении напора на величину (0,01-0,03)Н, где Н - напор ступени насоса.

Кавитационную характеристику можно получить и другим способом - увеличением гидравлического сопротивления всасы­ вающего трубопровода,постепенным закрыванием запорного ор­ гана (клапана,клинкета) 4 на всасывающем трубопроводе

(рис. 1.2) .При этом для сохранения Q=const, Н=const и N=const

43

• ДОП

до начала кавитации,

одно­

временно с закрытием

клапа­

п в а х

ДЬдоп

на 4 открывается клапан 9

на напорном трубопроводе,

 

 

т. е. изменившиеся парамет­

 

ры при закрывании клапана 4

 

восстанавливаются открытием

 

клапана 9 . С увеличением

О

I

I Крит

подачи уменьшаются НВ аК

 

Рис. I . I 3 . Характеристики

и Н^ок , что можно пред­

всасывания насоса

ставить в виде характери-

 

.доп

стики всасывания насоса

(рис. i . i 3 ) j c ; = f ( Q ) или диА 0 П =11г(а).

 

У объемных насосов до начала кавитации с увеличением

вакуума технически более просто

поддерживать постоянной

подачу, а у лопастных - напор, для чего желательно в уста­ новке иметь соответственно расходомер или манометр (дифманометр) достаточно чувствительные к изменению параметров, по которым контролируется начало кавитации. В настоящее время имеются способы определения ДИДОпрасчетным путем, что является важным предметом нашего дальнейшего рассмотре­ ния теории гидромашин.

3 . Средства против кавитации. Кавитация ухудшает энергетические параметры и надежность гидромашин, вызывает преждевременный износ их деталей. Для предупреждения кави­ тации и ее последствий необходимо:

а) чтобы рабочие камеры и другие части имели бы хорошо обтекаемые формы с целью минимальных гидравлических сопротив­ лений;

б) тщательно обрабатывать поверхности каналов гидро­ систем особенно там, где возможна большая скорость, т. к. шероховатость увеличивает потери энергии и способствует эрозии;

в) в процессе эксплуатации насосных установок допусти-

"ДОП

мая высота всасывания насоса Н а и к должна быть больше гидоав44

лических сопротивлений всасывающего трубопровода; г) соблюдать герметичность всасывающей линии насоса,

что предупреждает попадание воздуха в насос; д) в случае вынужденной работы насоса в условиях

кавитации его рабочие органы изготовлять из материалов стойких против кавитации (нержавеющей стали, бронзы, ней­ лона и других синтетических материалов).

§ 1.5. Характеристики гидромашин и гидросистем (сетей)

I . Характеристики гидромашин

Графические зависимости между рабочими (эксплуатацион­ ными) параметрами гидромашин ( Q , Н, р , N , М, у\ , Нъак ) называются рабочими характеристиками. Их получают опытным путем на заводских и лабораторных стендах (специальных уста­ новках) , где при разных задаваемых значениях одного из па­ раметров - Q , H , p , M , n или Н в а к - получают путем изме­ рений остальные. Опытные параметры наносят на координатную сетку и плавными линиями соединяют между собой. На рис.1.14 и I . 1 5 соответственно показаны рабочие характеристики ло ­ пастного и объемного насосов; эти характеристики состоят из частных характеристик:

О

р(шшн)

Рис.1.15. Рабочая (опытная) характеристика объемного

насоса . с

1 - напорно-расходной - H=-f(Q) и Q=i)/*(p) ,

2- потребляемой мощности-N=NB x ,=f,((i)и N=Nb x ="i|r4 (p) f

3- коэффициента полезного действия-T[=f2(CT) И Т|_="»У'г(р),

4- всасывания - H B H K = f3 (Q,).

Для объемных насосов в качестве оси абсцисс иногда при­ нимается напор насоса Н или разность давлений р = р н - р 6 .

На рис. I . 1 6 и I . 1 7 соответственно показаны характери­ стики лопастного и объемного гидродвигателей, где частными характеристиками, полученными в зависимости от числа оборо­ тов двигателя, являются:

V .

 

4

 

N A ,

 

 

М А >

 

 

 

 

 

2

 

ПА

^

3

N N

П д

 

 

^

 

 

 

 

 

Л. max

 

 

 

 

Что*

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

Рис. I . 1 6 . Рабочая

(опытная)

 

Рис. I . 1 7 . Рабочая

(опыт­

характеристика

лопастного

 

ная) характеристика

объемно­

гидродвигателя

 

 

 

го гидродвигателя

I-характеристика

к. п. д. - Ч\А=$(г)А)

>

 

2 - характеристика

расхода -

Q A = - f , ( n A ^

,

 

3-характеристика

выходной

мощности -

N A . B b l x = f 2 ( n A ) ,

4 - характеристика

момента -

М А = f3 ( П д ) .

 

Принято считать, что если машина с изменением режима

работы

сохраняет

величину к.

п.

д . Т [ > (О.вб-О.ЭЭт^.тох,

то она

работает

экономично.

Из

сопоставления характеристик

к.п. д. следует, что объемные машины сохраняют оптимальный

к.п. д. в большем диапазоне режимов работы, чем лопастные.

Вэтом состоит одно из важных преимуществ объемных гидрома­ шин против лопастных. В зависимости от типа гидромашины

и условий ее эксплуатации, в отличие от вышеприведенных, могут понадобиться и другие характеристики, полученные со­

четанием других параметров, о

чем будет сказано при под­

робном ознакомлении

с соответствующими машинами.

 

 

Рабочие характеристики дают

возможность:

 

 

 

а)

назначать

экономичные

режимы работы машины;

 

б)

выбирать те гидромашины, которые в наибольшей мере

отвечают

предъявляемым требованиям;

 

 

 

в) анализировать надежность действия гидромашиш в

составе

системы;

 

 

 

 

 

 

г)

определить

техническое

состояние машины по ее

харак­

теристикам после некоторого срока эксплуатации путем срав­

нения с номинальными

характеристиками.

 

 

 

2 . Гидравлическая

(эксплуатационная) характеристика

 

 

 

 

гидросистемы

 

 

 

По количеству

одновременно

обслуживаемых

объектов

(тех­

нических

средств)

все системы можно разделить

на два вида.

Г и д р а в л и ч е с к и е

п р о с т ы е

системы,

которые обслуживают один объект. В составе такой системы

имеется один насос, который обслуживает линейный трубопро­

вод постоянного диаметра (рис.

1.2).

 

 

 

Г и д р а в л и ч е с к и е

с л о ж н ы е

системы,

которые могут одновременно обслуживать несколько разных или одинаковых объектов. В составе такой системы может находить­ ся несколько насосов, которне подают жидкость на сложный трубопровод с ответвлениями разных диаметров (рис.1.19).

А. Гидравлическая характеристика простой системы

Создаваемый гидронасосом напор затрачивается на преодо­ ление всех полезных и вредных сопротивлений системы. Для краткости изложения эти сопротивления назовем напором си-

47

стемы или напором насосной установки1 . Зависимость напора системы от расхода называется ее гидравлической (эксплуа­ тационной) характеристикой. Уравнение этой характеристики подучим, написав для напорного участка системы, сечений Н-Н и ВУ , (рис. 1.2), уравнение Д.Бернулли с учетом, что плоскость сравнения проходит по оси 0- 0:

Рн

С Н

РвУ

 

.

/ т

T + 2 g = T

 

н

т н

»

где, по аналогии с уравнением

( 1 . 2 9 ) ,

 

h T . H = ( 7 t ^ ^ ) !

| = K H Q e .

(1.35)

Разность удельных

энергий

за

насосом (в сечении Н-Н)

и перед ним (в сечении В-В)

является

напором системы (на­

сосной установки). Из уравнений

(1.34) и (1.27) получим

уравнение характеристики

с и с т е м ы

 

НсоНт4

§]-{т +1) - b f

^

^

W -

r f <

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н с и С т= ^ Э С ^

Z + K C U C T

 

 

 

(1.37)

где

 

п%

 

 

 

 

 

 

 

 

ксист 'ч. = h T , B

+ h T H = h T .

 

 

 

 

 

В системе, обслуживаемой насосом, его напор затрачива­

ется на то, чтобы жидкость могла преодолеть

(создать)

раз­

ность давлений на

свободных уровнях p B

V

- p a ,

поднялась бы

на геометрическую

высоту

z

и смогла

бы преодолеть

гид­

равлические

(вредные) сопротивления системы

Н т в + п х н = = К £ и Г Т Ц А

Для нормального действия гидравлической системы ее напор

должен быть равен напору насоса. Поэтому уравнения (1.8) и

(1.37) выражают одно и то

же количество

 

удельной

энергии,

* Академия Наук СССР. Лопастные насосы. Терминология и буквенные обозначения. М., 1961.

48

но

только через

разные параметры: уравнение

(1.8)

-

через

. параметры насоса, а уравнение (1.37)

- через

параметры

 

системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предположим, что имеется несколько разных систем с оди­

наковыми характеристиками

трубопроводов -

АВ ,0С

? E D , F L

(рис. I . 1 8 ) ,

которые

 

 

 

 

 

 

 

 

 

построены по уравнению

 

 

 

 

 

 

 

 

hT=XcncrQa . Тогда ордината

 

 

 

 

 

 

 

 

OF

и характеристика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

трубопровода

F L совмест­

 

 

 

 

 

 

 

 

но

будут

представлять

 

 

 

 

 

 

 

 

 

характеристику

системы,

 

 

 

 

 

 

 

 

которой

соответствуют

 

 

 

 

 

 

 

 

 

все члены уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1 . 3 7 ) .

Характеристике

 

 

 

 

 

 

 

 

системы 0 E D

отвечает

 

 

 

 

 

 

 

 

 

условие,

когда

p B V = p a ,

 

 

 

 

 

 

 

 

Г р и р в у = р а и z = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

получим

характеристику

 

 

 

 

 

 

 

 

системы

ОС,

которая

 

Рис. I . I 8 . Характеристики

гидрав-

является

и характери­

личеекой

системы

 

 

 

 

стикой трубопровода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика

ОАВ

получена

по уравнению

( 1 . 2 6 ) ,

т.

е .

для всасывающей линии трубопровода,

когда

р в

у = р и

и

г = 0 }

что может относиться к водоотливным, осушительным и другим

насосам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидравлическая характеристика

сложной

системы

 

 

Схема такой

системы показана на рис. I . I 9 , где

магист­

ральный

трубопровод состоит из четырех участков

- i i j i a ^ s ^ j

которым соответствуют

диаметры

, d 2 , d ,

и

а\ .

От ма­

гистрального трубопровода отбирается жидкость в количестве

QT

и Qj; для потребителей, перед которыми давление

рА

и

р 4

. При

этом может быть:

р 1 = Р г = Р в у , что

позволяет

урав-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ