Материал: Шелегов Насосное оборудование АЕС 2011

hкр = NPSHкр =(Pкр +ρcвх2 2 − Pп)ρg .

Очевидно, что NPSHкр < NPSHдл.

NPSH или ∆h (в каталогах минимальный кавитационный подпор) – характерный параметр каждого насоса, зависящий от конструктивных особенностей насоса, прежде всего, от диаметров на его входе (диаметра всасывающего патрубка), углов лопаток на его входе, числа лопаток и т.д. В каталогах приводятся значения NPSH (∆h) для длительно работающих насосов, т.е. не допускается работа насоса даже при начальной кавитации, в виде зависимости от расхода для точно указываемых чисел оборотов ротора насоса. Следует помнить, что с увеличением чисел оборотов NPSH или кавитационный подпор – увеличивается, и требуется большее давление на входе, чтобы насос работал без кавитации с уменьшением чисел оборотов. Давление на входе в насос можно уменьшать.

Для гарантированой бескавитационной работы насоса необходимо, чтобы допустимый напор ∆hдоп (давление) на входе в насос или допустимое значение NPSHА (net positive suction head available)

системы были больше значений ∆h или NPSH, взятых из каталога для данного расхода. То есть NPSHА или ∆hдоп – значение, которое должно быть гарантировано в системе на входе в насос, чтобы не было кавитации. Чтобы насос не работал на режимах кавитации, назначают небольшое превышение допустимого кавитационного

запаса ∆hдоп (NPSHА) над ∆h (NPSH) на величину 0,6–0,9 м, т.е.

NPSHА–NPSH = 0,6–0,9 м.

Для подключений, показанных на рис. 4.3 величины NPSHА определяются так:

hдоп= NPSHА=(Pатм +ρgHГВС− Pп−ρghпот.вс)ρg – для системы А;

hдоп = NPSHА=(P1 +ρgHГВС − Pп −ρghпот.вс)ρg – для системы B; hдоп = NPSHА=(P1 +ρgHГВС − Pп −ρghпот.вс)ρg – для системы C.

Для насосов забирающих воду из ниже расположенного резервуара вводят также понятие высоты всасывания Нвс (рис. 4.3, вариант С). Из уравнений (4.1) и (4.2) получим связь между высотой всасывания и NPSH:

86

Под высотой всасывания насоса подразумевается разрежение во всасывающем патрубке, измеренное в метрах столба жидкости, относительно давления во всасывающем резервуаре. Очевидно, что при заборе воды из ниже расположенного резервуара высота расположения насоса Нгвс от поверхности воды в резервуаре должна быть меньше высоты всасывания Нвс, определенной по величине NPSH для данного расхода жидкости через насос. Чтобы гарантировать забор жидкости из этого резервуара, данная разница должна быть не менее 0,5–0,6 м, т.е.

Для того чтобы избежать кавитации, можно предпринять следующие шаги:

1)повысить давление во всасывающем патрубке (опустить насос, или увеличить давление в приемном резервуаре). Производительность от этого не измениться;

2)использовать насосы с меньшими NPSH (имеющими меньшее число оборотов или другой конструкции);

3)снизить расход жидкости через насос или температуру перекачиваемой жидкости, что соответствует уменьшению давления пара.

4.4.Влияние термофизических параметров: температуры, наличия газовой фазы

Согласно формуле (4.3), чем выше давление пара Pп, тем меньше высота всасывания и ниже возможности применения того или иного насоса. Это давление сильно зависит от температуры жидкости и давления окружающей среды (что равнозначно для систем, соединенных с атмосферой, изменению геодезической высоты размещения насоса).

Для насосов, работающих в системах теплоснабжения, в инструкциях по монтажу и эксплуатации приводятся значения минимального давления на входе в зависимости от изменения температуры перекачиваемой жидкости, которые должны обеспечиваться, чтобы насос работал без кавитации.

Если значений минимального давления не приводится в инструкциях или каталогах на выбранный тип насоса, то при эксплуатации этого насоса с температурой рабочей среды больше, чем

87

200 °С и расположенного высоко над уровнем моря, необходимо провести расчет.

Например, насос, смонтированный на уровне моря, может поднимать холодную воду с высоты всасывания 7,5 м. Тогда на 1000-метровой высоте над уровнем моря и для перекачивания горячей воды в 600 °С он должен быть смонтирован с высотой вса-

сывания не более 7,5–1,9–1,2 = 4,4 м.

Если же давление всасывания получается меньше нуля, то насос может работать только в режиме из накопительного резервуара.

Следует также помнить, что присутствие в жидкости газовой фазы в растворенном или свободном состоянии приводит к ускорению появления кавитации и ее росту. Так, это может быть связано с негерметичностью всасывающего трубопровода, когда воздух из внешней среды будет проникать во внутрь трубопровода, или при захвате воздуха из воздушной подушки над уровнем жидкости в резервуаре.

Всасывающие и самовсасывающие насосы. Любой насос может всасывать жидкость из резервуара, расположенного ниже оси насоса. При этом должно выполняться следующее условие: насос, всасывающий патрубок и всасывающий трубопровод, из которых должен быть полностью удален воздух, должны быть залиты жидкостью. При этом высота Нг вс, с которой насос может подавать жидкость, определяется из неравенства Нвс > Нг вс.

Процедура заполнения всасывающего трубопровода может занимать значительное время. Кроме того, после остановки насоса жидкость, находящаяся в нем, может вытечь, образуя воздушные полости во всасывающем трубопроводе. Поэтому требуются вторичное заполнение трубопровода и удаление воздуха из него. Для того чтобы избежать таких неудобств, могут применяться самовсасывающие насосы, особенностью которых является возможность всасывать жидкость из нижерасположенного резервуара при пустом всасывающем трубопроводе. Для этого достаточно залить насос жидкостью. Тогда во время работы насос, в силу наличия дополнительного узла на его входе, начнет откачивать воздух из всасывающего трубопровода и при полном его удалении нагнетает жидкость из резервуара.

88

Глава 5. КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

5.1. Рабочее колесо

Основной узел центробежного насоса − рабочее колесо (рис. 5.1). В зависимости от числа рабочих колес насосы подразделяют на одно- (с одним рабочим колесом) и многоступенчатые (с несколькими рабочими колесами, установленными на одном валу).

и сплошного заднего 2, который посредством ступицы обеспечивает крепление колеса на валу. В промежутках между дисками установлены лопатки. Для того чтобы не снижать площадь проходного сечения рабочего колеса на входе жидкости, длина лопатки различна.

5.2. Направляющий аппарат

Рис. 5.2. Схема многоступенчатого центробежного насоса:

1 – подвод; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат; 4 – диффузор отвода

89

Преобразование кинетической энергии во многоступенчатом насосе (рис. 5.2), сообщаемой жидкости рабочим колесом, в потенциальную происходит в направляющем аппарате каждой ступени, который представляет собой устройство, состоящее из неподвижных дисков с плашками.

ют наружными кромками к внешнему диаметру колеса. Лопатки, располагаемые через одну, не доходят до внутренней окружности колеса.

Рабочие колеса выполняют из чугуна, стали. Для работы в агрессивных средах применяют лопатки из бронзы, латуни и корро- зионно-стойких сталей.

5.3. Вал насоса

Вал насоса (рис. 5.4) предназначен для передачи вращающего момента от привода насоса к рабочим колесам.

Вал с неподвижно посаженными на нем рабочими колесами образует ротор насоса. Для соединения вала с рабочим колесом предусмотрено соединение шпоночного типа. Вал − наиболее нагруженная и ответственная деталь насоса.

90