Материал: Практикум по напорной гидравлике и гидромашинам учебное пособие

Вводная часть

Кавитацией называется нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или полостей, наполненных паром и газом. Кавитация возникает, когда абсолютное давление в потоке падает до давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. При этом из жидкости интенсивно выделяются пузырьки, заполненные парами жидкости и растворенными в ней газами (жидкость закипает). Обычно выделение газа из жидкости незначительно и не оказывает существенного влияния на технические параметры работы насосов, поэтому кавитацию называют паровой. В дальнейшем под термином кавитация будем подразумевать паровую кавитацию [26–28].

Выделяющиеся из жидкости в местах пониженного давления пузырьки, заполненные паром, уносятся потоком и, попадая в область с повышенным давлением, конденсируются. При этом частицы жидкости, окружающие пузырьки пара, с весьма большими скоростями устремляются в пространство, занимаемое ранее паром. Происходит столкновение частиц жидкости, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления, достигающим десятков и даже сотен мегапаскалей. Если конденсация происходит у стенок каналов насоса, то материал стенок быстро разрушается. Причем в первую очередь разрушаются те места, в которых имеются микроскопические трещины на поверхности стенок.

Например, из чугуна прежде всего выбиваются графитовые включения, а затем жидкость, действуя как клин, еще более интенсивно разрушает материал стенок, образуя на их поверхности значительные раковины. Кроме того, материал стенок подвергается разрушению от химического воздействия воздуха, богатого кислородом, и различных газов, выделяющихся из жидкости. Описанный процесс разрушения стенок каналов называется эрозией и является опасным следствием кавитации. Разрушения рабочих колес вследствие кавитации представлены на рис. 46.

Внешним проявлением кавитации является наличие шума, вибрации, падение напора, подачи, мощности и КПД. Очевидно, что работа насоса в кавитационном режиме недопустима.

Возникновение и характер кавитационных явлений определяются кавитационным запасом h ‒ превышением удельной энергии жидкости при входе в насос над удельной энергией ее насыщенных паров:

???? ????²????

∆ℎ =

₊вс₋н.п. _{, (68)}

????????

2????

????????

где р и ????_вс ‒ абсолютное давление и скорость на входе в насос; р_н.п_.‒ давление насыщенных паров жидкости на входе в насос, зависящее от рода жидкости и ее температуры. Для воды и бензина р_н.п. приведены в табл. 14.

Рис. 46. Разрушение рабочих колес насосов вследствие кавитации
Таблица 14

Давление насыщенных паров жидкости на входе в насос р_н.п., кПа

t, ^оC	5	10	15	20	25	30	40	60	80	100
Вода	0,32	1,21	1,69	2,34	3,17	4,24	7,37	20,2	48,2	103,3
Бензин Б-70	‒	‒	‒	16,3	‒	‒	33,2	55,8	103,3	‒

Начальная стадия кавитации определяется критическим кавитационным запасом h_кр ‒ кавитационным запасом, при котором в насосе наблюдается падение напора на 2 % на частной кавитационной характеристике (Н = f(h)), или на 1 м при напоре насоса более 50 м.

Величину критического кавитационного запаса h_кр, м, можно определить при кавитационных испытаниях насоса по частной кавитационной характеристике, или по формуле С.С. Руднева:

∆ℎ_кр = 10

^???? ^????

????

3₄

, (69)

где n ‒ частота вращения, об/мин; Q ‒ подача насоса, м³/с; С ‒ кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса и равна: 600…800 ‒ для тихоходных насосов; 800…1000 ‒ для нормальных насосов; 1000…1200 ‒ для быстроходных насосов.

Работа насоса без изменения основных технических показателей, т. е. без кавитации, определяется допускаемым кавитационным запасом

h_доп, вычисляемым по формуле

∆ℎ_доп = ????∆ℎ_кр , (70)

где А ‒ коэффициент кавитационного запаса (A = 1,05‒1,3 = f (h_кр)) (табл. 15).
Таблица 15

Коэффициент кавитационного запаса

h_кр, м	0…2,5	3	4	6	7	8	10	12	14
А	1,3	1,25	1,2	1,13	1,1	1,09	1,08	1,07	1,06

Графическая зависимость допускаемого кавитационного запаса от подачи в рабочем интервале подач h_доп = f (Q) называется кавитационной характеристикой насоса (рис. 47). Ее получают при кавитационных испытаниях насоса по частным кавитационным характеристикам.

Частная кавитационная характеристика ‒ это зависимость напора насоса от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения, подаче и температуре жидкости, H = f (h) (рис. 48).

При испытаниях насоса кавитационный запас определяется по формуле

вс
_{∆ℎ =}^????ат^−????в^−????н.п. ₊^???? ²

, (71)

оп _????????

2????

где p_ат ≈ 10⁵ Па ‒ атмосферное давление; p_в ‒ показания вакуумметра, Па.

Полученные опытным путем значения h_on приводятся к но- минальной частоте вращения n_н по формуле

∆ℎ = ∆ℎ

оп

????_н

2

, (72)

^????оп

затем строится частная кавитационная характеристика насоса (рис. 48).

Рис. 47. Кавитационная характеристика насоса

Рис. 48. Частные кавитационные характеристики

насоса

По каждой частной кавитационной характеристике находятся h_кр и Q, а затем h_доп (по формуле (70)). По значениям h_доп и Q строится кавитационная характеристика h_доп = f (Q) (см. рис. 47).

Контроль работы насоса при его эксплуатации производится по показаниям вакуумметра, установленного на входе в насос. Связь кавитационного запаса с вакуумом можно найти из выражения

_????вак ₌????_ат−???? ₌????_в

, (73)

???????? ????????

и далее, произведя подстановку в (73) значения абсолютного давления p из формулы (68):

???? = ∆ℎ???????? + ????_н.п. − ^вс, (74)
????²????

2

вс
_{???? =}^????ат^−????₌^????ат^−????н.п. _{− ∆ℎ +}^???? ²

. (75)

вак

????????

????????

2????

????
По аналогии с (75) можно записать выражения для критического и допускаемого вакуума. Критический вакуум

_????^кр₌^????ат^−????н.п. _{− ∆ℎ}

2

₊вс

. (76)

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/4603

Смотрите также:







Изложение содержания дела, по которому приняты судебные постановления
_-___-~1
_1-тема-СтрМетал
_10_Эмиль Золя для эл версии

Материал: Практикум по напорной гидравлике и гидромашинам учебное пособие

Виртуальная лабораторная работа № 12

КАВИТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

Давление насыщенных паров жидкости на входе в насос рн.п., кПа

Коэффициент кавитационного запаса

Смотрите также:

Давление насыщенных паров жидкости на входе в насос р_н.п., кПа