Пристрої для відведення рідини від                                робочого колеса насоса.

Рідина від робочого колеса насоса надходить у відвідний пристрій. Відвідні пристрої виконуються або в вигляді спрямовуючого апарату, або як відвідні камери.

Відвідні камери мають спіральну або кільцеву форму. Поперечний переріз відвідної камери виконується в вигляді фігури, окресленої дугою кола та двома прямими, дотичними до цього кола, або в вигляді сектора круга із закругленими кутами.

Рисунок 9

 

Спрямовуючий апарат - це нерухоме колесо з лопатками, яке розміщується ззовні робочого колеса насоса. Він може бути за одне ціле з корпусом насоса або вставлятися в корпус. Спрямовуючі апарати часто улаштовуються в багатосекційних насосах.

 

Висота всмоктування насоса.

 

При проектуванні насосних станцій висота розміщення насосів над рівнем води, а як наслідок, і глибина будівлі насосної станції, визначається в залежності від висоти всмоктування насосів. Вирізняють геометричну висоту всмоктування та вакууметричну висоту всмоктування. Геометричною висостою всмоктування (Н_г.у.) називають різницю геодезичних відміток осі робочого колеса насоса і рівня води в резервуарі, з якого насос бере воду.

Рух рідини по всмоктувальному трубопроводу до насоса відбувається під дією різниці тисків на вільну поверхню в всмоктувальному резервуарі (Р_атм) і на вході в робоче колесо (Р₁). Різниця між цими тисками це величина вакууму на вході в робоче колесо насоса, або вакууметрична висота всмоктування:  .

Рисунок 10.

 

Скористаємося рівнянням Бернуллі для потоку реальної рідини, яка рухається між перерізами 0 - 0 та 1 - 1. За площину порівняння приймемо площину 0-0, а швидкість руху рідини в перерізі 0-0 приймемо рівною нулю:

 .

Звідси   ,

де: V₁ - швидкість руху рідини в перерізі 1-1; h_п.усм. - повні втрати напору між перерізами 0-0 та 1-1 (повні втрати напору в всмоктувальному трубопроводі).

Таким чином, геометрична висота всмоктування насоса менша за вакууметричну на величину повних втрат напору в всмоктувальному трубопроводі і на величину швидкісного напору в всмоктувальному патрубку насоса.

Найбільша геометрична висота всмоктування насоса обмежується допустимою вакууметричною висотою всмоктування ().

Теоретично для роботи насоса необхідно, щоб абсолютний тиск рідини при вході в насос був більшим за тиск насиченого пару рідини при даній температурі (в противному разі рідина буде кипіти). Практично понад цим тиском ще слід зберігати деякий запас енергії, який називається кавітаційним запасом і позначається D h.

В технічних паспортах насосів (а відповідно і в літературі) наводяться всмоктувальні характеристики насосів у вигляді графічних залежностей D h, або  від подачі насоса.

Якщо відома величина D h, то найбільшу геометричну висоту всмоктування можна визначити по формулі:

  ,    (5)

де: h_t - тиск насиченого пару рідини при даній температурі.

Допустима вакууметрична висота всмоктування   залежить від атмосферного тиску та від температури рідини, яку перекачує насос. На заводах-виробниках спеціальними кавітаційними випробуваннями визначається величина  для атмосферного тиску 10 метрів водяного стовпа та при температурі води 20°С.

Якщо насосна установка проектується для місцевості де атмосферний тиск відрізняється від 10 м.вод.ст., або для перекачування води з температурою більше 20°С, то паспортну величину  слід уточнити по формулі:

 

 =  - 10 + Н_атм + 0,24 - h_t  . (6)

У цьому випадку найбільша геометрична висота всмоктування насоса буде:

. (7)

В залежності від висоти над рівнем моря величину Н_атм можнавзяти із таблиці:

 

Таблиця 1.

 

Тиск насиченого пару води h_t,в залежності від її температури, можна взяти із таблиці:

 

Таблиця 2.

 

Приклад 1. Визначити найбільшу можливу геометричну висоту всмоктування для насоса, якщо відомо: Насос планується установлювати в місцевості, що знаходиться на висоті 1000 метрів над рівнем моря, і він буде перекачувати із відкритого резервуару воду температурою до 60 °С. При проектуванні визначено, що при розрахунковій подачі повні втрати напору в всмоктувальному трубопроводі складають 0,75 м. вод. стовпа, а швидкість руху води в всмоктувальному патрубку насоса - 3 м/с. В технічному паспорті насоса наведено характеристику Q - D h, згідно якій, при розрахунковій подачі     Dh = 6,5 м.вод.ст.

Розв’язання задачі: Із таблиць 1 і 2 знаходимо, що атмосферний тиск на висоті 1000 метрів над рівнем моря Н_атм = 9,2 м.вод.стовпа, а тиск насиченого пару води при температурі 60 °С - h_t = 2,02 м.вод.стовпа. За формулою (5) знаходимо найбільшу можливу геометричну висоту всмоктування насоса:

 м.

Отриманий результат показує, що насос (його вісь) слід розміщувати нижче (знак мінус) рівня води в всмоктувальному резервуарі не менше ніж на 0,53 м.

Приклад 2. Визначити найбільшу можливу геометричну висоту всмоктування для тих же умов і вихідних даних, що описані в прикладі 1, але для насоса, в технічному паспорті якого наведена характеристика  ,  а не Q - D h. Згідно цій характеристиці,  м.вод.стовпа при розрахунковій подачі.

Розв’язання задачі: Так як насосна установка проектується для місцевості де атмосферний тиск відрізняється від 10 м.вод.стовпа і для перекачування нагрітої води, то паспортну величину   коригуємо за формулою (6):

( )_роб = 4,9 - 10 + 9,2 + 0,24 - 2,02 = 2,32  м.вод.стовпа.

За формулою (7) знаходимо найбільшу можливу геометричну висоту всмоктування насоса:

м.

Отриманий результат показує, що для нормальної роботи насоса його можна розміщувати над рівнем води в всмоктувальному резервуарі не вище ніж на 1,11 метра.

 

 

Кавітація в насосах.

 

Кавітація - це процес порушення суцільності потоку рідини в тих місцях, де тиск, знижуючись, сягає деякої критичної величини. При практичних розрахунках за цю критичну величину приймають тиск насиченого пару рідини при даній температурі.

Якісна зміна структури потоку, яка визвана кавітацією, приводить до зміни режиму роботи насоса. Ці зміни називають наслідками кавітації.

При виникненні кавітації відбуваються такі процеси:

* В тих місцях потоку, де тиск падає до критичного, виникає багато бульбашок, наповнених паром рідини і газами, що виділяються із розчину. Знаходжуючись у зоні пониженого тиску, бульбашки зростають і перетворюються у великі кавітаційні каверни.

* В тих місцях, де виникають каверни, змінюється ефективна форма проточної частини насоса, що викликає місцеві підвищення швидкості руху рідини і збільшення втрат напору. Це погіршує енергетичні параметри насоса і знижує його коефіцієнт корисної дії.

* Нестійкість кавітаційної зони викликає пульсацію тиску в потоці. Під дією цієї пульсації може виникати вібрація насоса.

* Кавітаційні бульбашки захоплюються потоком рідини і переносяться в зону підвищеного тиску. Там вони дуже швидко зникають. Це призводить до гідравлічних мікроударів в місцях зникнення бульбашок. При зникненні кожної бульбашки виникає негучний стук. Накладення один на одного багатьох таких стуків призводить до появи характерного шипіння, яке, майже завжди, виникає при кавітації.

* Кавітація призводить до зруйнування поверхні, на якій вона виникає. Це руйнування - один із найнебезпечніших наслідків кавітації і називається він кавітаційною ерозією. Різні матеріали по різному піддаються кавітаційній ерозії. Дуже руйнуються чавун та вуглецева сталь.

Для попередження виникнення кавітації необхідно вірно визначати геометричну висоту всмоктування насоса і не допускати її завищування. При цьому величина D h і є тим кавітаційним запасом енергії, який запобігає занадто глибокому падінню тиску і не дозволяє виникати кавітації. Для визначення D h С.С.Руднєвим запропонована емпірична формула      D h   ,  де: n - кількість обертів робочого колеса за хвилину; Q - подача насоса в м³/с; С - коефіцієнт, який залежить від конструктивних особливостей насоса (С =600-1300). Для насосів з двобічним входом рідини в робоче колесо в цю формулу слід підставляти половину подачі насоса.

Якщо кавітація виникає на діючій насосній установці, де змінити геометричну висоту всмоктування неможливо, то шкідливі наслідки кавітації можна зменшити такими засобами:

* Покращення якості матеріалів (тобто слід використовувати матеріали, які більш стійкі до кавітаційної ерозії).

*Нанесення захисного покриття на поверхню, яка руйнується.

- наплавка поверхні твердими сплавами;

- металізація поверхні в холодному стані;

- місцеве закалювання поверхні, та інші.

* Впуск невеликої кількості повітря в всмоктувальний патрубок насоса.

* Перепуск невеликої кількості води із напірного трубопроводу в всмоктувальний патрубок насоса.

* Установка водоструминного насоса на всмоктувальний трубопровід насоса.