10.Кавитация, кавитационный запас. Кавитация, кавитационный запас

Кавитация - явление нарушения сплошности потока в том месте, где давление становится равным или меньше давления, близкого к давлению насыщенных паров жидкости Р_s .

В этом случае жидкость вскипает, в месте кавитации возникают парогазовые скопления (каверны), нарушающие нормальную структуру потока. Поэтому, возникая в насосах, кавитация в первую очередь ухудшает энергетические показатели Н, Q, .

Кроме того, кавитация вызывает повышенную вибрацию, а в некоторых случаях - эрозию проточной части.

В центробежных насосах кавитация, в первую очередь, возникает у входа на лопатки рабочего колеса с тыльной стороны, где давление наименьшее (рис.2.9).

Рис.11.2

.

Рис. 2.9. Зона кавитации в насосе

В соответствии с ГОСТ 17398-72 количественная оценка кавитации в насосах осуществляется с помощью кавитационного запаса .

Чтобы оценить кавитационное состояние насоса, следят за изменением характеристик насоса в зависимости от величины кавитационного запаса. Для этого снимают частные кавитационные характеристики.

Частной кавитационной характеристикой называется графическая зависимость напора Н от кавитационного запаса насоса при постоянных значениях подачи и свойствах жидкости на входе в насос.

На рис. 2.10 представлен вид частной кавитационной характеристики, полученной при работе на воде (1) и нефти малой вязкости (2).



Рис. 2.10. Частная кавитационная характеристика насоса

С помощью частной кавитационной характеристики фиксируется значения критического кавитационного запаса Dh_к . Согласно ГОСТ 6134-87 его значение соответствует 3%-ному падению напора.

Частные кавитационные характеристики позволяют при соответствующих подачах рассчитать критический кавитационный запас Dh_к. Эксплуатация насоса при Dh_к не допускается, так как в насосе развита кавитация, а характеристики насоса начинают ухудшаться. Чтобы установить норматив бескавитационной работы насоса, вводится понятие допускаемого кавитационного запаса Dh_д , который определяют по Dh_к увеличением его так, чтобы обеспечивался бескавитационный режим

. (2.25)

Коэффициент А колеблется в зависимости от n_s и свойств перекачиваемых жидкостей в пределах 1,0…1,3. Для магистральных насосов этот коэффициент принят равным 1,15.

Набор частных кавитационных характеристик при различных подачах является базой для построения кавитационной характеристики насоса.

Кавитационной характеристикой насоса называется графическая зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи при неизменных свойствах жидкости на входе в насос и постоянной частоте вращения вала.

На рис. 2.11 представлен пример построения кавитационной характеристики насоса, когда сняты пять частных кавитационных характеристик и подсчитаны Dh_д по зависимости (2.25).

Кавитационная характеристика Dh_д(Q) приводится обычно в каталогах и паспортах как четвертая кривая общей характеристики (рис.2.2).

При перекачке нефтей и нефтепродуктов допустимый кавитационный запас h_ДОП отличается от h_{ДОП В} – критического кавитационного запаса при перекачке холодной воды, входящего в паспортные характеристики. На величину h_ДОП влияют термодинамические свойства жидкости, вязкость, содержание свободных и растворенных газов, силы поверхностного натяжения.

Количественная оценка кавитационного состояния насоса осуществляется с помощью кавитационного запаса ;

. (2.5)

Рис.. Схема откачки нефти из резервуара подпорным насосом

Кавитационный запас - это превышение полного напора жидкости во входном патрубке насоса над давлением её насыщенных паров.

Жидкость, проходя от входа в насос до зоны пониженного давления, теряет часть энергии давления на трение и увеличение кинетической энергии при входе на лопатки, поэтому требуется всегда иметь запас этой энергии.

Кавитационный запас, при котором еще возможна бескавитационная работа насоса, называется допускаемым .

Эта характеристика приводится в каталогах как четвертая кривая характеристики насоса

Давление в жидкости на входе в насос p_в можно с достаточной для практических расчетов точностью вычислить по формуле

.

В каталогах насосов, имеющих малую мощность и предназначенных для вспомогательных целей (насосы типа К, Д) вместо допускаемого кавитационного запаса приводится допускаемая вакуумметрическая высота всасывания воды Н_в,д при температуре 35⁰С.