3.6. Кавитация в насосах

Явление кавитации возникает в результате нарушения сплошности потока за счет образования пустот (пузырьков), заполненных парами воды или газов в местах пониженного давления. При переходе в зону повышенного давления происходит мгновенное «захлопывание» пузырьков, имеющее характер микровзрывов.

В результате этого происходит резкое увеличение гидравлических потерь, а микровзрывы разрушают материал рабочего колеса и корпуса насоса. Кавитация сопровождается характерным шумом и снижением коэффициента полезного действия.

Чем ниже давление на входе в насос, то есть чем ближе это значение к давлению насыщенных водяных паров, тем больше вероятность возникновения кавитации.

Кавитация возникает при недопустимо большой геометрической высоте всасывания или из-за увеличения сопротивления всасывающего трубопровода, из-за повышения температуры воды.

При снятии кавитационной характеристики необходимо определить критическую величину давления на входе в насос, при котором начинают наблюдаться явления кавитации. Эта величина принимает разные значения при изменении подачи насоса, поэтому для каждого значения подачи Q проводят отдельный опыт.

На насосной установке (рис.21) задвижкой 3 устанавливают определенное значение подачи Q и определяют значение КПД, как описано выше.

Затем задвижку 3 немного приоткрывают и также небольшим закрытием задвижки 4 восстанавливают подачу Q, снова определяют КПД. При каждом режиме наносят показания вакуумметра П_в и величину КПД на график (рис.23).

Опыты повторяют при все увеличивающемся вакууме; в каком-то из опытов при показании вакуумметра П_в,кр начнет резко снижаться КПД, что свидетельствует о кавитации.

Так как допустимая высота всасывания

,

из условия отсутствия кавитации

,

пренебрегая потерями напора во всасывающем трубопроводе, получим значение величины δ, входящей в кавитационный запас,

,

где Р_нас - давление насыщенных паров при температуре воды;

V_вс – скорость потока во всасывающем трубопроводе.

3.7. Возможность возникновения неустойчивого режима

работы насосов

У некоторых центробежных насосов начальная зона (зона малых расходов) характеристики Q-H имеет восходящий участок (рис.24). При этом одному и тому же значению напора соответствуют два значения подачи. При работе насоса в этой зоне может возникнуть неустойчивый режим. Так, при подаче воды в высокий резервуар, по мере подъема уровня воды в резервуаре, напор будет повышаться, а расход в соответствии с характеристикой уменьшаться.

Когда будут достигнуты значения уровня Z₁, напора Н₁ и подачи Q₁ при понижении подачи, напор столба воды в резервуаре превысит напор насоса и расход Q резко упадет до нуля; возникнет гидравли-ческий удар и при волне понижения давления расход мгновенно увеличится до значения Q₂. Может возникнуть пульсирующий режим «помпаж». Насосы с подобной характе-ристикой не рекомендуется эксплуатировать в зоне малых расходов.

3.8. Подобие насосов

Два насоса а и б считаются геометрически подобными, если соблюдается одинаковость отношений геометрических размеров и равенство углов наклона:

;_а=_б, _а= _б и т.д.,

где D_a, D_б – диаметры рабочих колес;,

в_а, в_б – ширина выходной щели колес;

_а, _б - толщина лопаток;

,  - характерные углы наклона.

Кинематическое подобие означает подобие параллелограммов скоростей (рис. 16):

и т.д.

Расход воды через рабочее колесо можно выразить равенством .

В отношении расходов двух насосов

заменим ,.

Но окружная скорость U =  D n,

где n - число оборотов в секунду. Тогда

. (10) Если насосы одинаковые, то D_a = D_б и , (11)

т.е. отношение подач насосов равно отношению чисел оборотов.

В соответствии с уравнением Эйлера (4):

; заменим на,

тогда . (12)

Для одинаковых насосов , то есть отношение напоров равно отношению квадратов чисел оборотов. Так как мощность определяется выражением, легко получается отношение.

Следует обратить внимание на индексы при коэффициентах полезного действия.