Кавитация при работе центробежных насосов

Из уравнения сохранения энергии, записанного для двух сечений потока жидкости, следует

p₂ = p₁ - ρ[(z₂ - z₁) + (c₂² - c₁²)/2+h]. (10.1)

П ри малых давлениях р₂ происходит локальное вскипание жидкости и выделение растворенного в ней газа, что вызывает образование пузырьков пара пульсацию давления и может привести к разрушению лопаток.

Кавитационные явления возникают, как правило, не в целом сечении потока, а в зонах с особо низким давлением - на поверхностях лопаток с малыми радиусами кривизны, обтекаемых потоком (рис. 10.13). Эти явления представляют сложный комплексный гидромеханический и термодинамический процесс, сопровождается еще электролитическими и химическими реакциями.

При быстрой конденсации паровых пузырьков в процессе кавитации окружающая жидкость устремляется к центру конденсации и производит резкий точечный удар. Это вызывает местное механическое разрушение металла лопастей и рабочих поверхностей насоса.

Основная мера предотвращения кавитации состоит в выборе достаточной высоты расположения бака на всасывании, определяющей такое давление на входе в насос, при котором кавитация не возникает.

Рассмотрим два способа расчета допустимой высоты всасывания: ориентировочный и точный, учитывающий противокавитационные качества насоса.

Первый способ. Если в уравнении (10.1) полагать, что р₁ -абсолютное давление над поверхностью всасываемой жидкости и р₂ = р_н.п - давление насыщенного пара при температуре всасываемой жидкости, то значение H_вс = z₂- z₁, получаемое из уравнения, обеспечит кипение жидкости и, следовательно, кавитационные явления на входе в насос.

Полагая р₂ > р_н.п или р₂ = р_н.п + Δp получим из (10.1) допустимую высоту всасывания

(10.2)

Противокавитационный запас давления в ориентировочных расчетах следует принимать Δp = 25 кПа. Очевидно, чем выше температура жидкости, тем меньше допустимая высота всасывания.

Способ второй - способ расчета допустимой высоты всасывания, основанный на использовании противокавитационных качеств насоса.

П усть бустерный насос, включенный по схеме рис. 10.14, всасывает питательную воду из деаэратора. Уравнение сохранения энергии для потока во всасывающей трубе, от поверхности воды в деаэраторе до входа в межлопастные каналы рабочего колеса насоса, будет

,

где р_д - абсолютное давление в паровом пространстве деаэратора; p_б - абсолютное давление на входе в межлопастные каналы рабочего колеса насоса; H_г - геометрическая высота всасывания; с - абсолютная скорость воды на входе в межлопасные каналы рабочего колеса; h_вс - потери напора во всасывающем тракте насоса (распределенные и местные).

Из уравнения следует

. (10.3)1

Уравнение энергии относительного движения в межлопастных каналах рабочего колеса может быть представлено

Из него следует

.

В этих уравнениях: w₁ - относительная скорость на входе в межлопастные каналы (на окружности радиуса R₁), т.е. до сужения потока рабочими лопастями; w_л - действительная относительная скорость в начале лопастного канала близ поверхности рабочей лопасти; р_мин - наименьшее значение давления в межлопастном канале, где возможно возникновение кавитации.

Разность (w_л² / w₁²) - 1 называется коэффициентом кавитации и обозначается буквой λ.

Следовательно,

Р_мин = Р_б - ρ λ w₁² / 2. (10.4)

Чем больше относительная скорость w_л на вогнутой стороне рабочей лопасти близ входа в межлопастные каналы, тем больше при заданной w₁ значение λ и тем меньше р_мин и более вероятна кавитация.

Лекция 13

НАСОСЫ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТИПОВ