3 Геометрическая и вакуумметрическая высота всасывания

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

Из предыдущих уравнений (2) и (3) высота всасывания:

,

, (5)

следовательно, допустимая высота всасывания:

. (6)

Для контроля за кавитационными условиями работы насоса при его эксплуатации с помощью вакуумметра, установленного на входном патрубке, следует знать критическое или допустимое значение вакуума на входе в насос. Этот вакуум, выраженный в метрах столба перекачиваемой жидкости, называют вакуумметрической высотой всасывания.

Так как вакуумметрическое давление на входе:

p_{1, вак} = p_aт – p₁, ,

то из уравнения (4.3):

, (7)

где р_ат – атмосферное (барометрическое) давление.

Результаты испытания насоса на кавитацию наносят на рабочую характеристику насоса обычно в форме кривой зависимости допустимого Δh от подачи насоса Q.

4. Кавитационный коэффициент быстроходности

Из уравнения (3) следует, что кавитационный запас зависит в основном от напора во всасывающем трубопроводе, так как давление насыщенного пара обычно мало по сравнению с полным давлением во всасывающем трубопроводе. Так как для подобных насосов отношение напоров пропорционально квадратам отношений частот вращения рабочего колеса и линейных размеров, то отношение критических кавитационных запасов в подобных насосах изменяется также, как и отношение напоров, т.е.

, (8)

Таким образом, зная критический кавитационный запас одного насоса, можно вычислить критический кавитационный запас подобного насоса.

Заменим в уравнении (8) отношение линейных размеров, чтобы получить зависимость критического кавитационного запаса от подачи. Для этого используем отношение подач в подобных насосах

. (9)

Вместо уравнений (4.8) и (4.9) можно написать:

, (10) , (11)

где h и q – одинаковы для подобных насосов, т.е. h и q – критерии подобия.

Исключим из последних уравнений линейный размер, для чего первое уравнение возведем в куб, а второе в квадрат и поделим второе на первое:

, (12)

После умножения обеих частей уравнение на 10³ и извлечение корня 4-й степени, получаем:

, (13)

где С – кавитационный коэффициент быстроходности, одинаковый для геометрически подобных насосов, или критерий кавитационного подобия.

Уравнение было получено С. С. Руд­невым. Из него следует, что кавитационные свойства насоса тем выше, чем больше С. При работе в оптимальном режиме насосов, плохих в кавитационном отношении (например, насосов для загряз­ненных жидкостей), кавитационный коэффициент быстроходности для первого критического режима С_I = 600 700 и меньше, для обычных насосов C_I = 800 1000, для насосов с повышенными кавитационными свойствами С_I = 1300 и более. Эти коэффициенты опре­делены при подстановке в формулу (16) подачи Q (в м³/с), частоты вращения п (в об/мин), Δh_кр (в м).

Уравнение (16) позволяет определить критический кавитационный запас или, при известном критическом кавитационном запасе, максимальную частоту вращения, если известен коэффициент С.

У насоса двустороннего входа поток делится по­ровну между двумя входами в рабочее колесо. Поэтому для насосов двустороннего входа значение подачи, входящее в формулу (16), следует брать равным Q/2, где Q — подача насоса. Отсюда следует, что при том же критическом кавитационном запасе и той же подаче частота вращения у насоса двустороннего входа может быть выбрана в раз большей, чем у одностороннего. Это одно из основных преимуществ насосов двустороннего входа.

Согласно изложенному в настоящей главе материалу критический кавитационный запас можно определить следующими способами.

1. По результатам кавитационного испытания насоса. Полученный опытным путем критический кавитационный запас пересчитывают на другую жидкость, частоту вращения и размеры насосов по формуле пересчета.

2. По уравнению (13).

3. По уравнению (16).

Анализ уравнения (13) показал, что для уменьшения кавитационного запаса необходимо увеличивать входной диаметр D₀ paбочего колеса и его ширину b₁ на входе и уменьшать толщину лопа­ток у входа. При чрезмерном увеличении диаметра входа КПД на­соса падает. Это ограничивает возможность повышения кавитационных качеств насоса путем увеличения диаметра входа. Увеличение ширины рабочего колеса на входе сильно повышает кавитационные качества насоса, сравнительно мало понижая КПД. На рис. 3 изображено центробежное рабо­чее колесо с повышенными кавитационными качествами. У та­кого колеса при втором критиче­ском режиме С доходит до 2300.

Рисунок 3. Рабочее колесо с повышенными кавитационными качествами

Рисунок 4. Установка предвключённого шнека перед рабочим колесом

Другим способом повышения кавитационных качеств насоса является установка на входе в рабочее колесо первой ступени осе­вого колеса (рис. 4), которое повышает давление у входа в центро­бежное колесо, что обеспечивает его бескавитационную работу. Для улучшения кавитационных качеств самого предвключенного осевого колеса увеличивают его наружный диаметр и уменьшают толщину входной кромки лопатки. Распространенная конструкция осевого колеса с лопатками, очерченными по винтовой поверхности, получила название предвключенного шнека. У насоса с предвключенным шнеком величина С на втором критическом режиме достигает 5000.