Лабораторные занятия по разделу

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Тема I. НАСОСЫ

Работа № 1

ДИНАМИЧЕСКИЕ НАСОСЫ

Содержание работы:

1. Изучить разновидности, устройство и принцип работы динамических насосов.

2. Изучить правила монтажа и эксплуатации.

3. Запустить и отрегулировать насос на заданный рабочий режим.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Центробежные и вихревые насосы относятся к группе динами­ческих насосов, объединенных общим признаком, а именно — в них жидкая среда перемещается под силовым действием на неё в камере, постоянно сообщающейся со входом и выходом насоса.

При этом на входе в насос и во всасывающем патрубке созда­ётся разряжение, а на выходе и в напорном патрубке - избыточное давление.

Явление кавитации и способы борьбы с ней

Если давление во всасывающей части насоса понижается до так называемого давления насыщенного пара жидкости при данной тем­пературе (табл. 1), то сплошность внутри капельной жидкости на­рушается. Образуются полости, заполненные газом, паром или их смесью, это явление называется кавитацией (от латинского слова cavitas - пустота).

Таблица 1

Давление Р_п.ж. насыщенных паров для воды в зависимости от температуры t °С

t °С	4	10	20	30	40	50	70	90	100
Рп.ж., кПа	0,32	1,21	2,34	4,24	7,37	12,34	31,09	70,02	101,3

Возникшие в потоке жидкости кавитационные пузырьки перено­сятся дальше в область повышенного давления, где Р > Р_п.ж. и здесь происходит их конденсация или смыкание.

Высокочастотная киносъёмка показала, что время увеличения объёма пузырька порядка 0,002 с, а время смыкания (разрушения) -0,001 с.

За 1 секунду в объёме 1 см³ могут образоваться и разрушить­ся более 30 миллионов кавитационных пузырьков, из которых не ме­нее 1000 смыкаются на твердой стенке, ударяя в неё с давлением порядка 2×l0⁵... 3,4×I0⁵ Па.

Эти большие давления, повторяющиеся с частотой порядка 1000 Гц, разрушают материал проточной части гидравлических машин, то есть происходит кавитационная эрозия.

Кроме воздействия пузырьков на материал, при кавитационной эрозии, наблюдаются также химические процессы коррозии металлов и электролитические явления. В лопастных гид­равлических машинах кавитационные разрушения происходят в местах наибольшего разрежения, в основном на входных кромках лопастей.

Кавитация проявляется в резком снижении и пульсации подачи и давления насоса, что можно определить по манометру и расходо­меру. Наблюдается вибрация насоса, характерный шум и потрескива­ние.

Возможность появления кавитации и её предотвращение учитывают как в процессе конструирования насоса, так и при проектировании насос­ных установок и их эксплуатации.

Основное в этом вопросе - правильный расчет разрежения на входе в насос и сравнение его с допустимым. Допустимое разрежение определяется на основании данных кавитационных испытаний или упрощенно по формуле:

Р_доп = К(P_aтм – Р_п.ж.) (1)

где: К - коэффициент запаса, К = 1,15... 1,25;

P_aтм – атмосферное давление;

Р_п.ж. - давление насыщенных паров.

Разрежение, создаваемое на входе в насос определится по формуле:

(2)

где: γ - удельный вес жидкости, кН/м³;

h_вс - высота расположения оси насоса над уровнем жидкости во всасывающем резервуаре, м ;

- скорость жидкости во всасывающем потрубке, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

h_w.вс - по­тери напора во всасывающем патрубке, м.

Кавитация будет отсутствовать при P_вс < Р_доп .

Формулу 2 можно преобразовать для определения допустимой геометрической высоты всасывания:

(3)

В практике бывают случаи, когда допустимую геометрическую высоту всасывания по тем или иным обстоятельствам обеспечить нельзя. Поэтому при проектировании гидравлических машин большое внимание надо уделять выбору материала, противостоящего воздей­ствию кавитации. Стойкими, к кавитации, материалами являются нержавеющие стали, алюминиевые бронзы, хромоникелевые сплавы, а нестойкими - чугун, литые стали и бронза. Чтобы использовать нестойкие к кавитации материалы, их защищают путем диффузионной металлизации, покрыти­ем распыленной резиной или нейлоном, феноловой смолой на ткане­вой основе и др.