Вопрос 2.7. Явление кавитации и допустимая высота всасывания

Неполадки в центробежных насосах возникают в результате не­ соблюдения условий входа жидкости в насос.

- 5 1 -

Если в отдельных областях насоса давление понизится до давле­ ния насыщенных паров, то в этих областях начнется вскипание жид­ кости с образованием в канале воздушных карманов, нарушающих плавность потока. Эти карманы заполняются парами.

Пузырьки паров увлекаются движущимся потоком и, попадая в сфе­ ру более высокого давления, конденсируются. Процесс конденсации происходит очень интенсивно. Частицы жидкости, стремясь запол­ нить область конденсирующегося пузырька, движутся к его центру с очень большими скоростями. При завершении процесса конденса­ ции частицы жидкости внезапно останавливаются, в результате чего кинетическая энергия этих частиц переходит в энергию давления, при­ чем местное повышение давления достигает значительной величины (десятков мегапаскалей).

Описанный процесс сопровождается местными гидравлически­ ми ударами, повторяющимися десятки тысяч раз в секунду. Это яв­ ление называется кавитацией, которая может возникнуть как в ста­ ционарной, так и в движущейся части насоса.

Кавитация сопровождается сильным шумом, треском, вибрацией насоса, вызывает разрушение металла, понижает напор, производи­ тельность и КПД насоса.

Кроме механического разрушения металла, кавитация вызывает его коррозию. Особенно быстро разрушается чугун. Разрушаются и более стойкие металлы - бронза, нержавеющая сталь. Поэтому в работе насоса нельзя допускать кавитацию, а высота всасывания дол­ жна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

При эксплуатации центробежных насосов кавитация может воз­ никнуть при понижении уровня жидкости во всасывающем резерву­ аре ниже расчетного, повышении температуры перекачиваемой жид­ кости, неправильной установке и неправильном монтаже насоса.

Высота всасывания определяется расстоянием, отсчитываемым по вертикали от оси колеса насоса до свободного уровня в резервуаре, из которого жидкость откачивается насосом. Если уровень жидкости находится ниже оси насоса, то высота всасывания положительна, а если выше оси насоса (подпор), то отрицательна. Высота всасыва­ ния центробежного насоса зависит от ряда факторов: барометричес­ кого давления (с уменьшением этого давления всасывающая способ­ ность насоса уменьшается); упругости паров перекачиваемой жид­ кости, зависящей от ее температуры; вязкости перекачиваемой жид­ кости и сопротивления всасывающего трубопровода; кавитационно-го запаса, необходимого для нормальной работы насоса.

С целью уменьшения потерь во всасывающем трубопроводе умень­ шают, по возможности, его длину, делают его более прямым, устанавли­ вают минимальное количество арматуры, избегают воздушных мешков,

- 5 2 -

снижают скорость движения жидкости. Для практических целей высо­ ту всасывания центробежного насоса (в м) можно определить с доста­ точной точностью по опытной формуле, предложенной С.С. Рудневым:

(2.16)

где Н - допустимая высота всасывания, отнесенная к горизонталь­ ной оси рабочего колеса в м ст. жидкости;

Н - давление на свободную поверхность сверх упругости па­ров в м ст. жидкости;

п - скорость вращения вала насоса в об/мин;

Q - подача насоса в м³/сек (для насоса с двусторонним входомпринимается равной половине подачи);

с - кавитационный коэффициент, зависящий от быстроход­ности насоса n_s.

При перекачке нефтепродуктов, обладающих небольшой вязкос­ тью, явление кавитации несколько ослабляется, так как коэффици­ ент теплопередачи нефтепродуктов, меньший, чем у воды, замедляет процесс парообразования, а наличие в составе нефтепродуктов раз­ личных фракций углеводородов с различными точками кипения обус­ ловливает более плавное изменение характеристики насоса. При пе­ рекачке горячих нефтепродуктов жидкость находится под давлени­ ем собственных паров (Н_а = 0).

Следовательно,

(2.17)

т. е. для работы насоса необходимо создать подпор.