1.2 Анализ режимов работы

Работа гидротранспортного комплекса сопровождается различного рода переходными процессами, которые характеризуются изменениями технологических параметров: давления, расхода, мощности, скорости движения жидкости и т.д. Анализ [3,4]позволил выделить стационарные и нестационарные процессы работы гидрооборудования.

К первым, относятся процессы, где уменьшение (увеличение) параметров не превышает допустимых значений:

• пуск и остановка насоса на закрытую или открытую задвижку;

• пуск или остановка соседних агрегатов, работающих на общий водовод (групповой характер нагрузки);

Нестационарные процессы характеризуются значительным превышением, в отдельные моменты времени, номинальных значений напора и подачи НУ:

– резкое снижение производительности насоса (помпаж);

– резкое увеличение давления на выходе насоса или в гидросети (гидравлический удар);

– явление кавитации.

К причинам, вызывающим переходные процессы в НУ относятся: изменение режима работы источников питания и потребителей, отключение и включение отдельных трубопроводов или их участков, срабатывание запорно-регулирующей арматуры, разность температуры рабочей и окружающей среды.

Кавитация (в дальнейшем Кав.) представляет собой нарушение сплошности течения жидкости, которое происходит в тех участках потока, где давление, понижаясь, достигает некоторого критического значения. Этот процесс сопровождается образованием большого количества пузырьков, наполненных преимущественно парами жидкости, а также газами выделившимися из раствора. Находясь в области пониженного давления, пузырьки растут и превращаются в большие кавитационные пузыри-каверны. Затем пузыри уносятся движущейся жидкостью в область с давлением выше критического, где разрушаются практически бесследно в результате конденсации заполняющего их пара. Таким образом, в потоке создается довольно четко ограниченная кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками.

При расчетах связанных с рассмотрением кавитационных режимов работы гидравлических машин, в качестве критического давления, при котором начинается Кав., обычно принимают давление насыщения паров жидкости при данной температуре. Образование кавитационной зоны хорошо демонстрируется на примере протекания жидкости через трубу с местным сужением (расходометр Вентури, сопло). Возрастание скорости течения в сжатом сечении обуславливает уменьшение статического давления на этом участке. Постепенное увеличение расхода жидкости приводит к тому, что при достаточно большой скорости течения давление в месте сужения падает до критического и возникает Кав. (рис.1.5 б ).

Также существует отрывная разновидность Кав., зоны которой образуются на значительном удалении от обтекаемой поверхности. Причиной являются свободные вихри, вихревые шнуры и слои, срывающиеся с обтекаемых потоком профилей или образующиеся на поверхностях взаимодействия при турбулентном перемещении потоков с различными скоростями.

Рисунок 1.6 – Области возникновения кавитации

Нестационарность кавитационной зоны и вызванные ее появлением вторичные течения жидкости приводят к значительным пульсациям давления в потоке, которое оказывает динамическое воздействие на стенки трубопровода, направляющие поток. Разрушение кавитационных пузырей происходит черезвычайно быстро и сопровождается характерным шипящим звуком, который всегда сопутствует кавитации. Таким образом, возникновение кавитации всегда сопровождается усилением шума.

Образование кавитационных зон в межлопасных каналах колес (рис. 1.5 а ) насосов и вызываемое ими изменение плотности рабочей среды приводят в ряде случаев к дебалансу, деформациям вала и неравномерному изнашиванию направляющих подшипников. В сложных гидравлических системах большой протяженности процесс образования и, в еще большей мере, разрушения кавитационных зон приводит к возникновению гидроудара. И, наконец, в подавляющем большинстве случаев Кав. сопровождается разрушением поверхности, на которой возникают и некоторое время существуют кавитационные пузыри. Это разрушение является одним из самых опасных последствий Кав., называется кавитационной эрозией. При этом механические повреждения рабочих органов насосов в результате кавитационной эрозии могут за относительно короткий срок достигнуть размеров, затрудняющих их нормальную эксплуатацию и даже делающих ее практически невозможной.

Условием, определяющим безкавитационную работу насоса, является наличие достаточного кавитационного запаса, представляющего собой разность между удельной энергией на входе и энергией, соответствующей давлению парообразования, т.е.:

; (4)

где - давление на входе в насос;

- скорость при входе в насос;

- давление парообразования;

Для любого насоса существует некоторый минимальный кавитационный запас . Если он будет меньше, то насос начнет кавитировать. В конкретной насосанной установке необходимо различать требуемый кавитационный запаси действительный кавитационный запас. Требуемы кавитационный запас зависит от конструкции насоса и определяется как минимально допустимая разность между удельной энергией потока на входе в рабочее колесо при данной подаче и энергией , соответствующей давлению парообразования жидкости. Вычисляютпо формуле (4). Действительный кавитационный запасзависит от конкретной системы, на которую работает насос.