Напорные характеристики освоенных промышленностью насосов марки ЭЦВ показаны на рис. 6.17. Цифры после буквенного индекса означают соответственно диаметр скважины в дюймах, номинальные расход (м³/ч) и напор (м). Предполагается создание насосов марки ЭЦВ с производительностью до 1000 м³ /ч и напором до 600 м.

Рис. 6.17. Напорные характеристики насосов марки ЭЦВ.
Насосы с трансмиссионным валом (рис.6.18), применяемые в системах водопонижения, имеют следующие маркировки: АТН (артезианский турбинный насос), НА и А. Все насосы этого типа объединяются в унифицированную серию насосов марки ЦТВ (центробежный насос с трансмиссионным валом).


Рис. 6.18. Насос с трансмиссионным валом марки ЦТВ.
Конструктивная схема насосов марки ЦТВ - многоступенчатая, секционная. Рабочие колеса 1 насажены на составной трансмиссионный вал 2. Корпусную часть насоса образуют секции 3 с разделяющими аппаратами 5.

Всасывающий наконечник 6 снабжен предохранительной сеткой 7. Трансмиссионный вал фиксируется в трубном ставе 8 при помощи направляющих подшипников 9, для смазки которых по трубке 10 подается чистая вода. Двигатель насоса опорным фланцем крепиться к фундаментной раме устья скважины. Трубный став набирается секциями по 2-3,5 м. Такую же длину имеют секции составного трансмиссионного вала, общая длина которого не превышает 100м.

Поля рабочих режимов насосе насосов марки ЦТВ охватывают расходы от 4 до 1000 м³/ч с напорем от 25 до 150 м и перекрываются напорными характеристиками насосов марки ЭЦВ.
6.7. Неисправности насосов

Кавитация при работе лопастные насосов
Под кавитацией понимают сложное явление, которое начинается с вскипания жидкости в зонах пониженных давлений и образования пузырьковых полостей, заполненных паром и выделившимися из раствора газами.

Последующий перенос парогазовых пузырьков потоком в зоны повышенных давлений приводит к конденсации пара с одновременным переходом газов в раствор, завершается мгновенным заполнением образовавшихся каверн окружающей жидкостью и сопровождается локальными гидравлическими ударами.

Высокая скорость процесса разрушения парогазовых пузырьков обловлена тем, что конденсация пара, как и предшествовавшее ей вскипание жидкости, происходит при некотором перепаде давления относительно упругости насыщенных паров. Такой перепад давлений необходим для компенсации соответствующих энергозатрат на термодинамические процессы, сопровождающие вскипание жидкости и конденсацию пара. Поэтому вскипание жидкости в зонах пониженных давлений происходит из перегретого состояния, а конденсация пара в зонах повышенных давлений - при относительном его переохлаждении и практически мгновенно. Частицы жидкости, заполняющие полость разрушающегося парогазового пузырька, движутся к его центру со значительными скоростями. В момент смыкания пузырька,

---

когда частицы жидкости останавливаются, их кинетическая энергия переходит в энергию упругой деформации. Поскольку деформация жидкости незначительна (модуль упругости для воды составляет 109 Па), то большая часть указанной энергии преобразуется в местное повышение давления, которое может достигать нескольких ты­сяч бар. Кроме того, в центре смыкающихся пузырьков наблюдаете локальное повышение температуры, достигающей в некоторых случаях 1000 – 15000С.





Рис. 6.19. Кавитационные зо­ны в проточных каналах во­доотливной установки.
По способу образования зон пониженных давлений в потоке жид­кости различают два вида кавитации: отрывную и вихревую. В первом случае из-за действия на жидкость значительных инерционных сил при резком изменении направления и скорости потока наблюдаете его отрыв от твердых границ. Такие отрыв зоны, заполненные парогазовой смесью, возникают на внутренних участках поворотов трубопроводной сети (рис. 6.19, а), в трубопроводной арматуре (рис. 6.19, б) и межлопастных каналах рабочего колеса насоса (рис. 6.19, в).

Вихревая кавитация (рис .6.19, г) возникает в отводах насосов при повышенных подачах жидкости. Срывающиеся с концевых участков лопастей вихри в своем центре образуют зоны пониженных давлении, в которых жидкость вскипает. После исчезновения вихря парогазовый пузырек оказывается под значительным давлением, и его смыкание сопровождается кавитационным ударом.

Во всех рассмотренных случаях кавитация является следствием не соответствия межу режимом течения жидкости и профилем проточного канала. Причем в каждом из них имеет место одновременно и отрывная, и вихревая кавитация. Поэтому, рассматривая формы и масштабы раз­вития зон пониженных давлений, различают три стадии кавитации.

Начальная стадия кавитации связана в основном с вихревыми процессами. Образование и смыкание парогазовых пузырьков на этой стадии имеет крайне неустойчивый характер.

Стадия развитой кавитации характеризу­ется появлением в потоке устойчивых пузырьковых цепочек и пузырь­ковых зон. Дальнейшее повышение перепада давлений на участке поток, где наблюдается кавитация, приводит к образованию устойчивой зоны отрыва с вихревыми явлениями на ее границе с жидкостью.

---

На стадии критической кавитации размеры отрывной зоны и ее вихревого обрамления возрастают, вследствие чего значительно увеличивается местное сопротивление на участке потока. Дальнейшее увеличение перепада давлений не приво­дит к увеличению расхода жидкости, а характеризуется только ростом размеров кавитационной зоны. При последующем увеличении перепада давлений наблюдается периодическое запирание проточного канала кавитационной каверной, движение жидкости носит пульсирующий характер.

Пульсации давления и расхода жидкости наблюдаются на всех ста­диях кавитации при работе лопастного насоса. Их спектр расширяется с охватом более высоких амплитуд на низкой частоте по мере переход от начальной стадии к критической. Кавитационные зоны образуются, как правило, у твердых границ потека, которые вследствие этого подвержены непрерывным локальным гидравлическим ударам значительной силы„ Последнее приводит к кавитационному разрушению стенок проточных каналов и является одной из причин повышенных вибраций насосного агрегата. При кавитационном разрушении, наряду с эрозионно-ударным действием жидкости интенсифицируются процессы коррозии химического и электролитического воздействия на металлы, так как они протекают при высокой температуре и повышенном содержании кислорода. В нас­тоящее время нет материалов, полностью противостоящих кавитацион­ному разрушению.

Таким образом, работа насосного оборудования при наличии кавитации связана с целым рядом отрицательных явлений, среди которых, наряду с кавитационным разрушением рабочих узлов, повышенной виб­рацией агрегатов и пульсирующей подачей жидкости, следует отметить также ухудшение напорных характеристик, снижение к.п.д. и ограничение производительности насосов, а также появление характерного кавитационного шума - одного из основных внешних признаков кавита­ции. Среди методов борьбы с указанными отрицательными явлениями основным следует считать недопущение кавитации путем увеличения давления в зонах возможной кавитации, выбора профиля проточных каналов в соответствии с режимом работы насосного оборудования.
Кавитационные режимы и допустимая высота всасывания насосов
В

---

о всасывающем тракте насоса жидкость движется под действием давления на свободную поверхность водосборника. Величина этого давления всегда ограничена и обычно равна атмосферному. Если в про­цессе движения по всасывающему трубопроводу израсходована значительная часть энергии атмосферного давления и оставшаяся ее часть недостаточна для преодоления сопротивления вращающихся лопастей без понижения давления до величины, ведущей к вскипанию жидкости, то наступает кавитация. Минимальное давление жидкость имеет на тыльной стороне лопасти (рис. 6.20) непосредственно у ее входной кромки.

Рис. 6.20. Давление жидкости на лопасти насоса.
Условие бескавитационной работы насоса в рассматриваемом случае записывается следующим образом:
р_min = p₁ > p₂ (6.17)
где: p₁ – давление жидкости у входной кромки лопасти; р₂ - упругость насыщенных паров жидкости (при температуре t=20°С для воды p₂ = 2,36*103 Па).

Измерение сопряжено со значительными трудностями. Поэтому условие контролируют косвенно по давлению или вакууму во всасывающем патрубке насоса. Разность между удельной энергией давления окружающей среды и энергией жидкости во всасывающем патрубке насоса называют его вакуумметрической высотой всасывания:
(6.18)
где: р₀ – давление окружающей среды, Па; р_ВС – давление во всасывающем патрубке, Па.

υ - скорость жидкости при входе в насос, м/с;

р_В – величина относительного вакуума во всасывающем патрубке насоса, Па;

ρ – плотность жидкости, кг/м³.

Если воспользоваться уравнением баланса энергии во всасывающем трубопроводе, а также рассмотренной ранее методикой расчета гидрав­лических сопротивлений, то получим следующую формулу для определения вакуумметрической высоты всасывания насоса:
(6.19)
где: H_ВС - высота всасывания насоса - высота расположения его оси вращения над уровнем жидкости в водосборнике, м;

λ_В – коэффициент линейных потерь напора;

ξ_В - коэффициент местных потерь напора;

L_B и D_B - соответственно длина и диаметр всасывающего трубопровода.

---

Как видно из формулы (6.19), вакуумметрическая высота всасывания зависит от скорости жидкости, а, следовательно, и от расхода насоса. График Н_В – Q_B доказывают вакуумметрической характеристикой всасывающего трубопровода. Ее уравнение с учетом (6.19) имеет следующий вид:
(6.20)
где: Q – расход жидкости, м³/с.

Раскроем условие бескавитационной работы насоса, воспользовавшись уравнением баланса энергии на участке между входом в насос и точкой наименьшего давления жидкости:
(6.21)
где: ω – относительная скорость жидкости у входной кромки лопасти, м/с

Δh_Л - потеря напора, обусловленная изменением структуры скоростного поля при входе жидкости во вращающуюся решетку лопастей, м.

С учетом условий преобразуется следующим образом:
(6.22)
В левой части неравенства имеем превышение удельной энергии жидкости во входном патрубке насоса над энергией, соответствуя щей давлению насыщенных паров. Это превышение называют кавитационным запасом. В предельном случае, когда кавитационный запас равен полному расходу энергии на формирование скоростного поля при входе в межлопастной канал ∆h = ∆h_кр наступает кавитация. Критический кавитационный запас определяется опытным путем:
(6.23)
где: р_ВС.КР - критическое давление во всасывающем патрубке насоса соответствующее наступлению кавитации.

Допускаемый кавитационный запас, при котором обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей, принимается несколько выше критического:
(6.24)
По известной величине нетрудно определить допускаемую вакуумметрическу высоту всасывания насоса:
(6.25)
Зависимость критического кавитационного запаса и допускаемой вакуумметрической высоты всасывания от производительности насоса называют его кавитационными характеристиками. В каталогах насосов обычно в качестве кавитационной характеристики приводится график Н_В.Д – Q построенный на основе специальных кавитационных испытаний. В процессе таких испытаний снимаются так называемые срывные характеристики (рис.6.21).

---

Смотрите также файлы

• Отчет о прохождении производственной практики Обучающийся Анохина Анна Юрьевна.docx

• Юридические типы научного познания.docx

• Введение Глава Общие сведения о кислородной сварке.docx

• Отчет по лабораторной работе 4 Моделирование нелинейных систем управления.docx

• Япония Система социальной помощи в Японии представляет собой многолетнюю общенациональную программу.pptx