Цель: Актуализация знаний по основным характеристикам насоса

Общие сведения:

Производительность или подача, Q (от долей до десятков, тыс. м3/ч)-кол-во жидкости, проходящей через насос в единицу времени.

Напор насоса – полное приращение удельной механической энергии создаваемое насосом.

Дж/кг

Напор жидкости – полный запас удельной механической энергии в данной точке.

В гравитационных условиях вблизи поверхности земли.

Напор – давление жидкости, выражаемое высотой столба жидкости.

h_п = H – (p₂-p₁)/(ρ ·g) – H_г

Мо́ щность — физическая величина, равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Частный случай мощности при вращательном движении:

M — момент силы, ω — угловая скорость, — число пи, n — частота вращения (число оборотов в минуту, об/мин).

 

Полезная мощность Nп(Вт) - мощность, сообщаемая насосом подаваемой жидкости (Nп = рgQH/1000; практически от 0, 1 до неск. МВт).

Мощность на валу N(Вт) - подводимая от двигателя или потребляемая насосом мощность; N = Nп+Δ N, где Δ N-потери мощности на преодоление гидравлич. сопротивлений, внутр. протечки жидкости через зазоры и уплотнения и на трение.

 

КПД

Коэффицие́ нт поле́ зного де́ йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»). η = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:

где А — полезная работа, а Q — затраченная работа.

η -отношение Nп/N (на практике η = 0, 6-0, 9, но бывает 0, 2-0, 5 и даже 0, 1-0, 25).

 

Кавитационный запас. Допустимый кавитационный запас - это минимальный напор при котором не проявляется явление кавитации и обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей. Напор при котором начинает проявляться кавитация называется критическим кавитационным запасом.

Задание

Трехпоршневой насос перекачивет жидкость с плотностью … кг/м³ из открытой емкости в сосуд под давлением … бара с расходом …м³/час. Геометрическая высота подъема жидкости составляет … метра. Полезная мощность, расходуемая на перекачивание жидкости, составляет … кВт. Необходимо найти величину потери напора.

Решение:

 

Параметр	Вариант
ρ
Р	1, 6		1, 8	1, 4	1, 1	0, 8		2, 2	2, 5	1, 9	1, 4	2, 1	1, 7	1, 5	2, 4
Q	2, 2	2, 6	2, 4	1, 8	1, 7	1, 4	2, 6	2, 8	3, 1	2, 5	1, 9	2, 7	2, 3	2, 1	2, 9
Hг	3, 2	3, 4			3, 1	3, 3	3, 5	3, 6	3, 1	3, 2	3, 2	3, 3	3, 5	3, 4	2, 9
NП							3, 9						4, 2	4, 5	3, 9

 

 

 

Практическая работа №2

Тема: Кавитация. Борьба с кавитацией.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Убедится на практике в существовании явления кавитации в центробежном насосе и уяснить причины ее возникновения.

2. Освоить методику кавитационных испытаний центробежного насоса.

3. Получить в результате испытаний кавитационную характеристику насоса.

4. Изучить методы борьбы с кавитацией.

Теоретические сведения.

Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, наполненных паром и газом. Кавитация возникает, когда абсолютное давление в потоке падает до давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. При этом из жидкости интенсивно выделяются пузырьки, заполненные парами жидкости и растворенными в ней газами (жидкость закипает). Обычно выделение газа из жидкости незначительно и не оказывает существенного влияния на технические параметры работы насосов, поэтому кавитацию называют паровой. В дальнейшем под термином кавитация будем подразумевать паровую кавитацию.

Выделяющиеся из жидкости в местах пониженного давления пузырьки, заполненные паром, уносятся потоком и, попадая в область с повышенным давлением, конденсируются. При этом частицы жидкости, окружающие пузырьки пара, с весьма большими скоростями устремляются в пространство, занимаемое ранее паром. Происходит столкновение частиц жидкости, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления, достигающим сотен и даже тысяч атмосфер. Если конденсация происходит у стенок каналов насоса, то материал стенок быстро разрушается. Причем в первую очередь разрушаются те места, в которых имеются микроскопические трещины на поверхности стенок.

Рисунок 1. Разрушение рабочих колес вследствие кавитации

Например, из чугуна, прежде всего, выбиваются графитовые включения, а затем жидкость, действуя как клин, еще более интенсивно разрушает материал стенок, образуя на их поверхности значительные раковины.

Кроме того, материал стенок подвергается разрушению от химического воздействия воздуха богатого кислородом, и различных газов, выделяющихся из жидкости. Описанный процесс разрушения стенок каналов называется эрозией и является очень опасным следствием кавитации. Разрушения рабочих колес вследствие кавитации приведены на рисунок 1.

Внешним проявлением кавитации является наличие шума, вибрации, падение напора, подачи, мощности и КПД. Очевидно, что работа насоса в кавитационном режиме недопустима.

Возникновение и характер кавитационных явлений определяются кавитационным запасом Dh – превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией её насыщенных паров

(1)

где р, u – абсолютное давление и скорость на входе в насос; р_нп – давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жидкости и её температуры. Для воды и бензина р_нпв кПа приведены в табл. 1.

Таблица 1

t, оC
Вода Бензин Б-70	0.32	1.21	1.69	2.34 16.3	4.24	7.37 33.2	20.2 55.8	48.2 103.3	103.3

 

Начальная стадия кавитации определяется критическим кавитационным запасом Dh_кр – кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2 % на частной кавитационной характе-ристике (Н= f (DН)) или на 1 м при напоре насоса более 50 м.

Величину критического кавитационного запаса Dh_кр можно определить при кавитационных испытаниях насоса по частной кавитационной характеристике или по формуле С. С. Руднева:

(2)

где n – частота вращения, об/мин; Q – подача насоса, м³ /с; С – кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса и равна: 600–800 – для тихоходных насосов; 800–1000 – для нормальных, насосов; 1000–1200 – для быстроходных насосов.

Работа насоса без изменения основных технических показателей, т. е. без кавитации, определяется допускаемым кавитационным запасом Dh_доп, вычисляемым по формуле:

(3)

где А – коэффициент кавитационного запаса A = f (Dh_кр) (А = 1, 05–1, 3).

Графическая зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи в рабочем интервале подач Dh_доп= f (Q) называется кавитационной характеристикой насоса (см рис 2.9 и 2.12). Её получают при кавитационных испытаниях насоса по частным кавитационным характеристикам.

Частная кавитационная характеристика – это зависимость напора насоса от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения, подаче и температуре жидкости, H= f (Dh) (рис. 2.5)

При испытаниях насоса кавитационный запас определяется по формуле:

(4)

где p_а, p_в – показания барометра и вакуумметра.

Полученные опытным путем значения Dh_oп приводятся к номинальной частоте вращения n_н по формуле:

(5)

и строится частная кавитационная характеристика насоса (см. рисунок 3)

 

Рисунок 2. Кавитационная характеристика насоса	Рисунок 3. Частные кавитационные характеристики насоса.

 

По каждой частной кавитационной характеристике находим Dh_кр и Q, а затем Dh_доп (по формуле 3). По значениям Dh_доп и Q₁ строим кавитационную характеристику Dh_доп= f (Q) (см. рисунок 2). Контроль работы насоса при его эксплуатации производится по показаниям вакуумметра, установленного на входе в насос.

Связь кавитационного запаса с вакуумом можно найти из выражения

Подставив в него значение абсолютного давления p из формулы (1).

(6)

По аналогии с (6) можно записать выражения для критического и допускаемого вакуума.

Критический вакуум:

(7)

Допускаемый вакуум

(8)

Употребляется также понятие вакуумметрической высоты всасывания Н_в, которая связана с вакуумом зависимостью:

или (9)

Вакуум на входе в насос зависит от расположения насоса по отношению к свободной поверхности жидкости в приемном резервуаре геометрической высоты всасывания H_вс, режима работы насосов и других факторов.

Такая зависимость находится с помощью уравнения Бернулли:

(10)

где h_вс – потери насоса во всасывающем трубопроводе.

Максимальная (критическая) высота всасывания, т. е. высота, при которой начинается кавитация, вычисляется по формуле:

или (11)

Допускаемая высота всасывания H_вс, т. е. высота при которой обеспечивается бескавитационная работа насоса, равна:

или (12)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Установка с замкнутой схемой циркуляции жидкости (рисунок 4) включает в себя: испытуемый центробежный насос 1, бак 3, всасывающий 2 и нагнетательный 6 трубопроводы, задвижку 5, вакуумный насос 4, контрольно-измерительную аппаратуру (манометр 9 и вакууметр 8, диафрагму с подключенным к ней дифференциальным манометром 7, ваттметр 10 и тахометр 11).

 

Рисунок 4. Схема установки для кавитационных испытаний насоса.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ
ДАННЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧАСТНЫХ КАВИТАЦИОННЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК

 

Частные кавитационные характеристики H = f (Dh) следует получить для минимальной, номинальной и максимальной подач насоса.

С этой целью необходимо:

1. Включить насос 1 и обеспечить заданную подачу задвижкой 5.

2. Уменьшать ступенчато давление на входе в насос, включением вакуумного насоса 4, начиная с давления, заведомо исключающего кавитацию, и заканчивая при резком падении напора, обеспечивая при этом Q_i = const и снимая на каждой ступени показания манометра 9, вакуумметра 8, дифманометра 7 и тахометра 11. Результаты измерений записать в табл. 2.3.

3. Вычислить параметры, необходимые для построения частной кавитационной характеристики: напор насоса Н – по формуле

;

где – показания манометра и вакуумметра, расположенных соответственно на напорном и всасывающем патрубках насоса, Па; – превышение оси вращения стрелки манометра над точкой подключения вакуумметра, м; – средние скорости движения жидкости в напорном и всасывающем трубопроводах, м/с.

Подачу насоса Q – по формуле (2.9); кавитационный запас Dh_оп по формуле (4).

Если в опытах частота вращения n_оп отличается от номинальной n_н более чем на 0, 5 %, кавитационный запас Dh_оп необходимо привести к n_н по формуле (5). Если же n_оп отличается от n_н менее чем на 0, 5 %, принять Dh = Dh_оп.

4. Результаты вычислений записать в табл. 2 и построить по ним частные кавитациопные характеристики (см. рисунок 3).

Таблица 2

Измеряемые параметры	Рассчитываемые параметры
pa, Па	pм, Па	рв, Па	h, мм. рт. ст	nоп, об/мин	H, м	Q л/с	u, м/с	Dhоп, м	Dh, м

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ
ДАННЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАВИТАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Для получения кавитационной характеристики Dh_доп= f (Q) необходимо:

1. По каждой частной кавитационной характеристике H_i = f (Dh) определить допускаемый кавитационный запас Dh_доп= АDh_кр, предварительно определив критический кавитационный запас Dh_кр по падению напора на 2 % на кривой H_i = f (Dh) и коэффициент кавитационного запаса A = f (Dh_кр) из табл. 3.

Таблица 3

hкр, м	0–2.5								³ 14
А	1.3	1.25	1.2	1.13	1.1	1.09	1.08	1.07	1.06

 

2. Результаты расчетов свести в таблицу 4 и построить по данным этой таблицы кавитационную характеристику Dh_доп= f (Q) (см. рисунок 2).

Таблица 4

 

Q, л/с	Dhкр, м	А	Dhдоп, м
Qmin Qн Qmax	Dhкр1 Dhкр2 Dhкр3	А1 А2 А3	Dhдоп1 Dhдоп2 Dhдоп3

3. Перечислите меры борьбы с кавитацией.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое кавитация, каковы её внешние признаки?

2. Что называется кавитационным запасом Dh и как его определить при испытаниях?

3. Что называется критическим кавитационным запасом Dh_кр?

4. Что называется допускаемым кавитационным запасом Dh_доп?

5. Формула Руднева для определения критического кавитационного запаса?

6. Что такое высота всасывания и как она связана с кавитацией?

7. Что называется кавитационной характеристикой и как она изображается графически?

8. Что называется частной кавитационной характеристикой и как её получить при испытаниях?

9. Порядок работы при снятии частной кавитационной характеристики?

10. Как получают кавитационную характеристику центробежного насоса?

 

 

Практическая работа №3

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Fit новое уплотнительное кольцо в паз в корпусе насоса
2. I. Проверка рубежного уровня знаний по вопросам раздела.
3. III. Актуализация знаний. Проверка работы над проектом
4. III. Перечень вопросов для проведения проверки знаний кандидатов на получение свидетельства коммерческого пилота с внесением квалификационной отметки о виде воздушного судна - самолет
5. VII. Перечень вопросов для проведения проверки знаний кандидатов на получение свидетельства линейного пилота с внесением квалификационной отметки о виде воздушного судна - вертолет
6. Актуализация знаний учащихся о творчестве А. С. Пушкина
7. Анализ традиционных языков программирования и представления знаний.
8. Анкета контроля знаний по курсу
9. Аудит операций с основными средствами и нематериальными активами
10. В каком случае удостоверение о проверке знаний правил работы в электроустановках подлежит замене?
11. В течение какого срока со дня последней проверки знаний работники, получившие неудовлетворительную оценку, могут пройти повторную проверку знаний?
12. В целом действие вихревого насоса можно представить как действие многоступенчатого центробежного насоса.