Всасывающая способность насоса. Последствия работы в кавитационных условиях

СТАРТЕР

Определение того, что насосы характеризуются способностью всасывания, вызывает ассоциацию с вытягиванием жидкостей. Между тем, жидкость, в отличие от твердых веществ, не обладает способностью переносить растягивающие напряжения. Поэтому вытягивание жидкости физически невозможно. Всасывание насоса зависит от понижения давления перед ротором. Приток жидкости в область давления, подавляемую рабочим колесом, происходит из-за давления, действующего на жидкость в резервуаре, из которого жидкость вытягивается.


Простейший пример - сосание (мы не боимся этой даты Простейший пример - сосание (мы не боимся этой даты!) Из открытого резервуара через насос, расположенный выше. Атмосферное давление действует на поверхность жидкости, а давление перед ротором значительно ниже. Эффект - поток, вызванный перепадом давления. Жидкость не вытягивается рабочим колесом, а только проталкивается в трубопровод и далее - в рабочее колесо под действием давления, действующего на поверхность. Таким образом, мы имеем дело с притоком жидкости в насос, как показано на рисунке 1.
Тенденция к исправлению терминологии приводит к поиску термина, отличного от всасывания, описывающего работу насоса. По мнению авторов, такую ​​дату искать не стоит. Мы останемся на отсосе, как англичане на отсосе, Германия с Саугеном, русские на Ваши. Как следствие, впускной трубопровод будет называться всасывающим, а способность работать в условиях пониженного давления всасывания - способностью всасывать и т. Д.
Мощность всасывания насоса, ранее упоминавшаяся в литературе и на практике как примитивные термины, такие как максимальная геометрическая высота всасывания, а затем максимальная манометрическая высота всасывания, теперь определяется параметром избыточного антикавитационного коэффициента NPSH, определяемым уравнением:

Мощность всасывания насоса, ранее упоминавшаяся в литературе и на практике как примитивные термины, такие как максимальная геометрическая высота всасывания, а затем максимальная манометрическая высота всасывания, теперь определяется параметром избыточного антикавитационного коэффициента NPSH, определяемым уравнением:


Это количество, обозначающее избыточную энергию в всасывающем отверстии насоса над энергией испарения жидкости, всегда имеет положительное измерение (следовательно, положительное значение в исходной чистой положительной всасывающей головке), устраняя проблемы, связанные с использованием отрицательной или положительной высоты всасывания. Концепция NPSH нашла свое место среди основных, определенных стандартами, параметров, описывающих работу как вихревых, так и поршневых насосов (в последнем она выглядит как чистое положительное давление всасывания - NPSP).


РЕГУЛЯРНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ПЛОЩАДИ NPSHA КАК ПАРАМЕТР ПАРАМЕТРА НАСОСА
Защита от кавитации требует, чтобы энергия жидкости во всасывающем штуцере была выше соответствующего критического значения. Это должно быть обеспечено параметрами насосной системы.

Рис
Рис. 2. Одноразовый избыток антикавитационной системы NPSHA насосной системы с насосом, расположенным выше (приток) или ниже (всасывание) уровня жидкости в открытом резервуаре.


На рисунке 2 показан простой случай установки и эксплуатации насоса - откачка из открытого бака при разных уровнях жидкости. Высокий, в результате чего так называемый насос затопляет, а низкий - типичный для т.н. работать с всасыванием. Следующие значения важны в обоих случаях:

  • давление, действующее на поверхность жидкости в резервуаре - pd, здесь равно атмосферному давлению pb,
  • положение оси насоса относительно уровня жидкости в баке - Гц, положительное или отрицательное,
  • давление испарения жидкости pv,
  • потеря давления на дороге от резервуара к насосу, выраженная в высоте - Δhs,
  • давление на входе насоса, л.с.,
  • скорость на входе насоса cs.

Значения, представленные в описании значений, представляют собой удельные энергии, выраженные в единицах высоты: давление p / qg, положение Гц, потери Δhs и скорость c2 / 2g, что позволяет их суммировать (2):
pb / qg + Гц - Δhs = c2 / 2g [м]


Как и в простом случае (рис. 2), вы можете представить рабочие условия в любом другом случае установки - рис. 3; условия работы конденсатного насоса pd = pv особенно важны (рис. 3а).

Рис
Рис. 3. Одноразовый антикавитационный избыток NPSHA в общем случае насосной системы с резервуаром выше (а) или ниже (б) оси насоса.


В каждом возможном случае насосной системы существует величина антикавитационного избытка, определяемая уравнением (1). Это избыток, доступный для системы, известный как имеющийся избыток антикавитации и помеченный символом NPSHA (доступно). Из баланса удельной энергии системы в общем случае следует:


NPSHA = (pd-pv) / qg - Гцс - Δhs [м]

(В приведенных уравнениях энергетического баланса числовое значение низкой скорости на входе в нижний резервуар численно опущено).
Доступный антикавитационный избыток является функцией эффективности, потому что наряду с эффективностью изменяется величина потерь hs. Он уменьшается с эффективностью, чем сильнее, тем больше потери потока. Характер этой функции показан на рисунке 4.

Характер этой функции показан на рисунке 4

Рис. 4. Одноразовый антикавитационный избыток NPSHA как функция выхода и.


ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ЗА ПЛОЩАДКУ
Работа насоса в условиях, когда отсутствует риск понижения характеристик, не предотвращает возникновение кавитации на более ранней стадии его развития. После более длительного периода использования могут появиться следы кавитационной эрозии, и чем четче, тем менее стойкий материал, из которого сделан насос. Могут быть признаки эрозии в областях с повышенной скоростью жидкости, например, в закрытых зазорах (кавитационная кавитация) или локальное снижение давления, например, за направляющим ребром.


Стремление устранить все симптомы кавитации, оправданные в установках с особой ответственностью, требует определения значения NPSHR с гораздо более высоким запасом прочности, чем значение NPSH3. Это связано с затратами, например, с использованием предварительных насосов для подающих насосов или положений насосов значительно ниже уровня в нижнем резервуаре.


Не всегда производитель насоса заинтересован в том, чтобы обеспечить более высокое значение требуемого излишка NPSHR. Это сравнимо с заявлением о более низкой эффективности насоса. Это приводит к уменьшению эффектов кавитации, но заставляет обеспечить больший доступный излишек антикавитации NPSHA, что не всегда возможно, и иногда это может устранить предлагаемый насос на этапе проектирования установки.
Ответственность за выполнение условий работы без какого-либо интереса лежит на производителе насосов, проектировщике насосной системы и на пользователе. Производитель несет ответственность за определение NPSHR с достаточным запасом в рекомендованном диапазоне насоса.


Разработчик несет ответственность за обеспечение насоса, соответствующего установке, подходящим одноразовым антикавитационным избытком NPSHA при ожидаемых условиях эксплуатации. Оценка причин многочисленных проблем в работе указывает на ошибки, допущенные проектировщиками. Основным является незнание параметров NPSH и предположение, что приток исключает возникновение кавитации. Распространенной ошибкой является выбор насоса со слишком высокими параметрами, как в примере - рис. 5.


Ответственность пользователя за насос сводится к работе в определенных условиях. К сожалению, в этой области есть множество ошибок, таких как:

  • вызывая повышенные потери, например, в загрязненных фильтрах, всасывающих корзинах и т. д.
  • работа с дросселированием клапанами на стороне всасывания,
  • работать при чрезмерно пониженном уровне или давлении в нижнем баке,
  • работать за пределами рекомендуемого диапазона производительности, например, при работе на пустой выпускной трубе,
  • перекачивание жидкостей с другими свойствами и температурой, чем в проекте,
  • необдуманные изменения в установке и условиях труда.


Пример - кавитация в результате неправильного выбора
На рисунке 5 показан пример возникновения кавитации в результате неправильного выбора циркуляционного насоса. Для правильной работы установки с характеристикой r достаточно насоса с характеристикой p1 (рабочая точка A). Использование насоса большего размера со слишком большой подъемной головкой (характеристики p2), что часто происходит, приводит к гораздо более высокой эффективности (точка B) уже в условиях кавитации. Чтобы снизить эффективность (точка C) и избежать кавитации, используется дроссельный клапан или отверстие, что приводит к значительным потерям энергии, пропорциональным длине сегмента переменного тока.

Рис
Рис. 5. Циркуляционный насос выбран правильно (p1) и имеет слишком большую напорную подачу (p2).


СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ
Насосы подвергаются повышенному риску кавитации, чем выше их скорость вращения. Значение NPSH3 зависит от скорости в соответствии со следующей формулой:


где, исходя из теории подобия, k = 2; по мнению некоторых авторов, k <2, например, k = 1,5. На рис. 6 показаны фактические кривые NPSH3 (Q) одного из произведенных насосов для n1 = 1450 об / мин (кривая 1) и n2 = 2900 об / мин (кривая 2). Теоретическая (кривая 3) показывает результат преобразования отдельных точек кривой 1 по формуле (3) для k = 2. Знание зависимости, определяемой уравнением (3), важно для выбора насосов. Это также позволяет предвидеть возможность избежать или ограничить эффекты кавитации насоса, неправильно выбранного путем снижения его скорости вращения.

Рис. 6. Зависимость характеристик NPSH3 (Q) от скорости вращения для испытанного центробежного насоса, одноступенчатый, с осевым входом.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вопросы кавитации являются предметом многочисленных работ и публикаций. В журнале World Pumps (апрель 2011 г.) есть статья под названием «Показатель эффективности NPSH NPSH» (71), в которой Эдвард Грист (автор монографии «Кавитация и центробежный насос») представляет рекомендации по определению необходимого излишка антикавитации NPSHR. NPSH3 и обсуждается зависимость результата эксперимента от метода определения, скорости вращения и температуры воды.

  • результаты измерений понижения высоты подъема на 3% путем измерения отношения H (NPSH) при Q = const и измерения отношения H (Q) со значением переменной NPSH3 эквивалентны,
  • результаты измерения NPSH3 насоса воспроизводимы в диапазоне КПД от 0,5 до 1,2 Qопт, температуре воды от 40 до 150 ° С,
  • результаты измерений, выполненных на скорости 3600 мин-1, могут быть преобразованы на скоростях от 900 до 5400 мин-1 с технически допустимой погрешностью в показателе 2 (схема 3),
  • Насосы NPSHR с частотой вращения более 5400 мин-1 следует определять на основе физических исследований влияния кавитации, а не только влияния на снижение характеристик,
  • чтобы избежать понижения параметров, следует принять NPSHR> 1,3 NPSH3,
  • Чтобы свести к минимуму влияние кавитации (включая эрозию), следует принимать NPSHR> 2,5 NPSH3.

Размещение статьи в «Мировых насосах» свидетельствует о желательности обсуждения в доступной форме понятия NPSH, все еще недостаточно понятного на практике, особенно дизайна. Стоит отметить, что накопленные знания о кавитации в насосах не допускают далеко идущих обобщений и экстраполяций. Конструкция насоса, широкий диапазон скоростей и условия их применения. Это относится, в частности, к принципам выбора насосов для жидкостей, отличных от воды, например, для нефтепродуктов, для которых определение значения NPSHR требует использования дополнительных поправочных коэффициентов. пенообразование, неньютоновские жидкости, с изменяющейся температурой, работа с преднамеренно допустимым сильным развитием кавитации и т. д.


Автор: Вальдемар Йедрал, Петр Свитальски
Источник: «Насосные насосные станции» (3/2011)

Автор: Вальдемар Йедрал, Петр Свитальски   Источник: «Насосные насосные станции» (3/2011)



Ультразвуковая сварка
Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин
Точечная и роликовая электросварка легированных сталей и сплавов
Справочная книга сварщика
Технология электрической сварки плавлением
Сварочные материалы
Сварка взрывом в металлургии