Лабораторная работа № 9 кавитационные испытания центробежного насонса

Цель работы – получить характеристики всасывающей способности насоса в рабочей области при постоянном числе оборотов, построить кавитационную характеристику.

Теоретическая часть. Зная всасывающую способность насоса, можно определить высоту всасывания или необходимый подпор, при котором обеспечивается бескавитационная работа насоса.

Кавитация в насосе возникает на входных кромках лопаток рабочего колеса при снижении давления на кромках до давления собственных паров подаваемой жидкости. Кавитация проявляется в парообразовании в зоне наименьшего давления и последующей конденсации паров, происходящей при продвижении потока в колесе в область повышенного давления.

Кавитацию сопровождают следующие явления.

1. Эрозия материала стенок канала. При конденсации пузырьков пара давление внутри пузырька остается постоянным и равным давлению насыщенного пара, давление же в жидкости повышается по мере продвижения пузырьков. Частицы жидкости, окружающие пузырек, находятся под действием разности давлений в жидкости и внутри пузырька и движутся к центру его ускоренно. При конденсации пузырька происходит столкновение частиц жидкости, сопровождающееся местным повышением давления, достигающего тысяч атмосфер. Это приводит к выщербливанию материала стенок каналов. Этот процесс называется эрозией и является опасным следствием кавитации.

2. Вибрация и резкий шум.

3. Падение подачи, напора, мощности и КПД, то есть искажение характеристик насоса.

Превышение полного напора жидкости во входном патрубке насоса над упругостью ее паров называется кавитационным запасом

, (2.67)

где р_нп – упругость насыщенного пара, Па; (табл.2.16); р – абсолютное давление на входе в насос, Па; р = р_ат - В, если вакуум во всасывающем трубопроводе; р = р_ат + М_в + gh_нв , если давление выше атмосферного; р_ат – атмосферное давление, Па; В – показание вакуумметра, Па; _в – скорость жидкости на входе в насос, м/с.

В результате кавитационных испытаний для каждого режима работы насоса получают его кавитационную характеристику. Она представляет собой зависимость напора мощности от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения и подаче. При больших кавитационных запасах кавитационные явления отсутствуют и величины напора и мощности от кавитационного запаса не зависят. Возникновение кавитации приводит к уменьшению напора и мощности насоса. Режим, при котором начинается падение напора и мощности называется критическим режимом. Ему соответствует критический кавитационный запас. Для того, чтобы насос не работал в режиме недопустимо сильной кавитации, назначают небольшое превышение допустимого кавитационного запаса над критическим. Допустимый кавитационный запас

. (2.68)

Зная критический или допустимый кавитационный запас, можно найти для данной насосной установки критическую допустимую высоту всасывания

, (2.69)

где h_пот – гидравлические потери во всасывающем трубопроводе насоса, м; р⁰ – давление над жидкостью в приемном резервуаре, Па.

Чтобы контролировать кавитационные условия работы насоса при его эксплуатации с помощью вакуумметра, установленного на входном патрубке, необходимо знать критическую или допустимую величину вакуума на входе в насос. Этот вакуум, выраженный в метрах столба подаваемой жидкости, называют вакуумметрической высотой всасывания

. (2.70)

Результаты испытания насоса на кавитацию наносят на рабочую характеристику насоса обычно в виде кривой зависимости допустимого кавитационного запаса h_доп от подачи насоса Q, h_доп = f₁(Q) или кривой зависимости допустимой вакуумметрической высоты всасывания от подачи насоса Q, .

Кривая h_доп = f(Q) строится в результате обработки нескольких кавитационных характеристик, снятых при разных Q в рабочей области насоса по указанию преподавателя. Пример кривой h = f(Q) дан на рис.2.15, где она нанесена совместно с рабочей характеристикой насоса.

Пример кавитационной характеристики дан на рис.2.16. Горизонтальные участки кривых Н = f₁(Q) и N = f₂(Q) обозначают отсутствие кавитации. При определенных, достаточно малых значениях h кривые начинают снижаться. Значение h, на графике отмеченное пунктиром и отвечающее началу снижения Н и N, является критическим.

Испытательный стенд описан в работе «нормальные испытания центробежного насоса». При проведении кавитационных испытаний используется водокольцевой насос КВН-4 (рис.2.12).

Перед пуском производят внешний осмотр стенда (рис.2.12), проверяют наличие воды в городской сети, открывают вентиль 18 на трубе, подводящей воду в корпус и сальники вакуум-насоса 1, после чего можно пустить в ход электродвигатель вакуум-насоса. Перед остановкой вакуум-насоса закрывают вентиль 18 подвода воды.

Порядок пуска и остановки центробежного насоса смотри в лабораторной работе № 8 «Нормальные испытания центробежного насоса».

Методика проведения кавитационных испытаний

При кавитационных испытаниях насоса снимаются характеристики, которые представляют собой зависимости напора Н, мощности N на валу насоса от кавитационного запаса h при постоянной подаче Q и частоте вращения вала n.

Для этого после пуска насоса (рис.2.12) при помощи задвижки на напорной линии 13 устанавливают режим, отвечающий определенному перепаду давлений в дифманометре 12 диафрагмы 11.

Снятие каждой частной кавитационной характеристики должно начинаться при давлении, исключающем кавитацию, для чего в баке предварительно создается избыточное давление с помощью компрессора.

По приборам одновременно производят следующие замеры:

1. перепад давлений в диафрагме h_рт , мм рт.ст.;

2. давление в напорном трубопроводе М_н, кг/см²;

3. давление во всасывающем трубопроводе М_в (если разрежение, то В, кгс/см²);

4. масса уравновешивающего груза Р = G - G, кг, где G - масса груза на чашке весов, кг; G – масса груза на чашке весов в режиме нагрузки, кг;

5. частота вращения вала насоса n, мин^-1;

6. температура воды в кавитационном баке, С;

7. барометрическое давление Б, мм рт.ст.

Запись показаний по барометру и термометру производят один раз до и после испытаний. Результаты заносят в протокол 2 испытаний (табл.2.14).

Таблица 2.14

Протокол 2