|
|
Рассмотрим насосную установку с
центробежным насосом. Для того чтобы можно было поднять жидкость с уровня
0—0, лежащего ниже оси насоса, насос, как указывалось ранее, должен создавать
у входа на лопатки рабочего колеса абсолютное давление, — которое меньше
атмосферного (разрежение, или вакуум). Тогда под действием атмосферного
давления — а точнее за счет разности давлений — и — (называемой вакуумметрической
высотой всасывания) и происходит всасывание, то есть подъем жидкости до
центра насоса.
Для поршневых насосов в правую часть формулы (53) следует
добавить член, определяющий дополнительные потери напора на преодоление сил
инерции жидкости (при возвратно-поступательном движении поршни насоса) и па
поддержание всасывающего клапана во взвешенном состоянии. Потери напора на
преодоление сил инерции жидкости во всасывающем трубопроводе требуют
специального расчета и зависят и основном от длины трубы и частоты вращения;
поэтому поршневые насосы отличаются небольшими частотой вращения и длиной
всасывающего трубопровода.
Кроме того, судя по опытным данным, это понижение давления
происходит по сечению потока неравномерно и имеет максимальную величину в
местах его резких поворотов, го есть на переднем диске у входа на лопатки и
на выпуклой стороне лопаток.
Если давление при входе на рабочее колесо лопастного
насоса — по какой-либо причине упадет до давления, равного упругости пара
перекачиваемой жидкости, то в потоке, особенно в отмеченных ранее местах
наибольшего снижения давления, будут образовываться разрывы, то есть пустоты,
заполняемые парами и газами, выделяющимися из этой жидкости. Такой процесс
нарушения сплошности течения потока, напоминающий бурное кипение жидкости,
называется кавитацией.
Образовавшиеся в жидкости паровоздушные пузырьки уносятся
потоком в область повышенного давления, где и происходит конденсация пара. До
конденсации гидростатическое давление жидкости, окружающей паровоздушный
пузырек, уравновешивается внутренним противодавлением его пара и газа. При
конденсации занимаемый паром объем мгновенно уменьшается до небольшого объема
конденсата и оставшегося разреженного газа; поэтому частицы жидкости, не
встречая противодействия, приходят в движение и ускоренно движутся к центру
пузырька. Там они сталкиваются, вызывая мгновенное местное увеличение
давления. Это повышение особенно велико, если конденсация пузырька происходит
на шероховатой и трещиноватой поверхности, когда частички жидкости проникают
в углубления и трещины подобно клину, что сопровождается откалыванием
кусочков металла 'с лопаток или других элементов рабочего класса и некоторой
(иногда даже опасной) вибрацией всего пасоса. Описанный механический процесс
разрушения рабочих колес называется эрозией.
Из всего состава атмосферного воздуха наибольшей
растворимостью в поде отличается кислород; поэтому газы, выделяющиеся из
жидкости в зоне пониженного давления, в основном представлены кислородом.
Наличие большой концентрации кислорода, а также непрерывное удаление защитной
пленки окислов при механическом разрушении поверхности металла способствуют
коррозии. Разрушение гладких поверхностей начинается главным образом с
химического разрушения,механическое же — позже, когда поверхность станет
шероховатой.
Кроме этих явлений, наблюдается также усиление тепловых,
электрических и других процессов, которые либо ускоряют химические реакции,
либо свидетельствуют о ходе кавитациопного процесса. Так, при кавитации
возникают специфический шум, потрескивание, отдельные удары и шорох,
напоминающий перекатывание гальки в трубе. Интенсивность этих шумов может
характеризовать интенсивность самого процесса кавитации. Треск и отдельные
удары, напоминающие слабые выстрелы, объясняются следующим образом. В
результате местного повышения давления оставшийся после конденсации пара
воздух сильно сжимается и подобно демпферу (пружине) накапливает энергию за
счет сра- ботки кинетической энергии окружающей жидкости. В силу этого
происходит обратный процесс. Сжатый воздух начинает быстро расширяться. Но
быстрое расширение сопровождается взрывом, поэтому и наблюдаются такие
специфические звуковые эффекты, как потрескивание и пр.
Кавитация — опасное явление, приводящее к разрушению
рабочих органов насоса, поэтому се необходимо предупреждать.
Для нормальной работы насосов (нормального всасывания)
необходимо, чтобы минимальное абсолютное давление в области входных кромок
лопаток рабочего колеса ршт превышало упругость паров жидкости при Данной
температуре рто есть Для соблюдения этого условия прежде всего
требуются правильные расчеты геометрической высоты всасывания и размеров
всасывающей линии.
При этом необходимо учитывать возможное увеличение подачи
насосов при значительном колебании уровня воды в источнике (например, во
время паводка). Опыт показывает, что в таком случае повышается относительная
скорость потока в колесе, увеличиваются вихре- образования с отрывом потока
от лопаток и в конечном счете происходят кавитацнонные разрушения.
Не следует также допускать увеличения частоты вращения
насоса без должной проверки, так как при этом возрастает подача, а вместе с
ней увеличивается и опасность кавитации.
Наконец, необходимо обращать внимание на правильное
конструирование водоприемной части насосных установок. Особенно это касается
крупных вертикальных насосов с короткими всасывающими трубами, где малейшее
закручивание потока во всасывающей камере может привести к усилению
неравномерности распределения скоростей и давлений у входа на лопатки колеса
и опасности кавитации.
В том случае, если действующая насосная установка работает
в условиях кавитации, необходимо прежде всего выяснить причины, вызвавшие ее,
то есть установить причины понижения давления в проточной части рабочего
колеса, а затем принимать решение. Иногда кавитацию устранить невозможно.
Тогда для рабочих органов насоса используют материалы (необработанный чугун,
бронза, углеродистая и нержавеющая стали) наиболее стойкие к кавитации.
Стойкость металла против кавятациопных разрушений может повысить также
частота обработки и шлифовка его поверхностей.
Иногда кавитацию можно остановить, увеличив давление в
насосе в результате подачи некоторой части жидкости из напорного трубопровода
во входной патрубок по специально устроенной обводной линии.
|