
книги из ГПНТБ / Петрина, Н. П. Объемные гидромашины (насосы и двигатели)
.pdfявление 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 |
|
|
|
_г |
|
|
|
|
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& -и С в _ |
« u |
(Т 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 |