21.4 Характеристики центробежных насосов
Напором насоса Н называется приращение удельной энергии жидкости при движении жидкости через насос. Напор измеряют метрами столба подаваемой жидкости.
Для определения приращения удельной энергии (напора) рассмотрим работу насоса по перекачке жидкости из резервуара А в резервуар Б (рис. 21.4.1).
За плоскость сравнения примем свободную поверхность жидкости в резервуаре А, тогда удельная энергия ее при входе в насос определится по формуле
Е1
=
+
+ z1,
где ν1 – скорость жидкости при входе в насос, м/сек; p1 – абсолютное давление жидкости в месте входа ее в насос, кгс/м2; γ- удельный вес жидкости, кгс/м3; z1 – расстояние по вертикали от места измерения давления до уровня жидкости в резервуаре А.
|
| |
|
|
|
Рис. 21.4.1
Удельная энергия жидкости при выходе из насоса (в напорном патрубке) равна
Е2
=
+
+ z1,
где ν2 – скорость в напорном патрубке, м/сек; p2 – абсолютное давление в напорном патрубке при выходе из насоса, кгс/м2.
Итак, приращение удельной энергии или полный напор можно определить по формуле
H
= E2
– E1
=
+
.
Разрежение на входе в насос измеряется вакуумметром, обычно в кгс/см2 (или в мм рт. ст). В пересчете на м вод. ст. данной жидкости абсолютное давление на входе в насос равно
p1
/ γ =
·10000,
где pА – атмосферное давление, кгс/см2; pВ – показания вакуумметра, кгс/см2; 10 000 – переводный множитель (1 кгс/см2 = 10 000 кгс/м2).
Давление на выходе из насоса p2 измеряется манометром, поэтому абсолютное давление на выходе равно
p2
/ γ =
·10000,
где pМ – показание манометра, кгс/см2 .
Подставляя
полученные значения p1 и
p2 в
уравнение напора,
получим
H
=
+
·10000.
Для воды γ 1000 кгс/м3, тогда
H
=
+10pМ
+ 10pВ
или
Рис.
21.4.2 H
= М + W +
где М и W– соответственно показания манометра и вакуумметра в метрах столба жидкости, приведенные к оси насоса.
При вычислении полного напора насоса следует учитывать расстояние по вертикали между точкой присоединения вакуумметра и осью стрелки манометра.
Например, для установки, показанной на рис. 21.4.2, напор насоса выразится следующим уравнением:
H
= М + W + Z +
,
а для установки, показанной на рис. 21.4.3,
H
= М - Z1
-
W – Z2
+
Чтобы определить потребный напор насоса для вновь проектируемой установки, пользуются следующим уравнением:
H=HГ.В. + HГ.Н. + hП.В. + hП.Н.
где
HГВ
–
геометрическая высота всасывания, м;
HГН
–
геометрическая высота нагнетания, м;
hП.
Рис. 21.4.3
В. – потери напора во всасывающем трубопроводе, м; hП.Н. – потери напора в нагнетательном трубопроводе, м.
21.5. Кавитация
Выше было установлено, что если при входе в рабочее колесо насоса абсолютное давление окажется меньшим или равным упругости паров перекачиваемой жидкости при данной температуре, то жидкость начинает вскипать, происходит разрыв потока и подача прекращается.
При длительной работе насоса в таких условиях разрушается рабочее колесо. Явления, происходящие в насосе при вскипании жидкости, называются кавитацией. При этом из жидкости выделяются пары и растворенные газы в том месте, где давление равно или меньше давления насыщенных паров. Пузырьки пара и газов, увеличенные потоком в область повышенного давления, резко конденсируются с уменьшением объема в микроскопических зонах; это явление, подобное взрывам мельчайших бомб, приводит к механическим повреждениям лопаток колеса и их разрушению. Происходит и химическое разрушение металла в зоне кавитации выделившимся кислородом воздуха (коррозия).
Кавитация может происходить не только в рабочем колесе, но и в направляющем аппарате, и в спиральном корпусе. Эти явления сопровождаются потрескиванием, шумом и вибрацией насоса. При кавитации резко падает к. п. д. насоса, производительность и напор. Особенно сильно при кавитации разрушаются чугун и углеродистая сталь, наиболее устойчивы бронза и нержавеющая сталь. Поэтому в последнее время для изготовления насосов применяют высококачественные материалы и защитные покрытия (наплавка твердых сплавов, поверхностная закалка, металлизация в холодном состоянии), что повышает надежность работы насосов.
Во избежание явления кавитации насос следует располагать как можно ниже.
Кавитационный запас уровня определяют по уравнению
h
=
+
–h1.