«Судовые вспомогательные механизмы, системы и их эксплуатация» (стр. 9 )

Жидкость к диску подводится под давлением по каналу 4 из напорного трубопровода насоса, и пройдя зазор между подушкой 3 и диском 2 отводится по каналу 1. Если под действием осевой силы вал насоса с диском сместится вправо, зазор уменьшится, давление жидкости на диск возрастёт, и он сместится влево, восстановив нормальный зазор между ним и подушкой.

Кавитация. Допустимая высота всасывания

Кавитация — это процесс нарушения сплошности текущей жидкости. Ее сущность состоит в образовании разрывов сплошности в тех зонах потока, в которых давление падает до величины, равной давлению насыщенного пара при данной температуре жидкости, т. е. условием начала возникновения кавитации является . Кавитация — сложное физическое явление. Начало ее процесса характеризуется появлением в потоке малых парогазовых пузырьков, которые из зоны образования уносятся в область повышенного давления и там разрушаются. По мере развития кавитации количество парогазовых пузырьков возрастает и образуются устойчивые парогазовые полости. Пузырьки, попав в область повышенного давления, конденсируются, и жидкость, окружающая их, устремляется с большой скоростью в пространство, которое ранее было занято паром. Процесс конденсации пара заканчивается гидравлическим ударом и сопровождается резким повышением местного давления. Сила гидравлического удара может достигать порядка нескольких сотен атмосфер. Наряду с эрозией вследствие гидравлических ударов происходит также и коррозионное разрушение металла. Кавитация сопровождается термическими и электрохимическими явлениями. Она приводит к резкому снижению КПД насоса и его напора. Работа кавитирующего насоса сопровождается шумом, треском, ударами и повышенной вибрацией.

Кавитация может возникнуть во всасывающем, напорном трактах, в местах срыва потока с поверхностей лопастей и регулирующих органов (задвижек, заслонок), при протекании жидкости через уплотнительные зазоры, в зонах резкого поворота потока и т. д.

В ЦН кавитация проявляется чаще всего с вогнутой (тыльной) стороны входных кромок лопастей (рис. 10, точка В), в зоне, наиболее удаленной от оси вращения РК.

Рис. 10. К определению зоны начала кавитации в ЦН.

Процесс развития кавитации в насосе разбивается на 4 периода: возникновение, начало (неустановившаяся стадия), частично развившаяся (установившаяся) стадия и полностью развившаяся (срывная) стадия. Степень развития кавитации определяется этими периодами времени.

Для предупреждения кавитации в насосе могут быть применены различные способы (рациональное профилирование формы проточной части, ограничение скорости движения жидкости в сечениях канала и др.).

Геометрическая высота всасывания hвс используется для установления режима работы насоса. Нормальная работа насоса может быть обеспечена только при допустимом значении hвс, которая существенно зависит от температуры перекачиваемой жидкости. Ее повышение уменьшает величину hвс (рис. 11). Величина hвс может быть положительной и отрицательной. Отрицательная иначе называется подпором насоса. В этом случае насос должен находиться ниже уровня жидкости в приемной емкости.

Рис. 11. К определению высоты всасывания насоса

В случае, когда жидкость перекачивается из закрытой емкости, давление в которой равно , величина становится отрицательной:

Рис. 12. К определению допустимой высоты всасывания

В судовой практике в таких условиях работают конденсатные, бустерные, а в некоторых случаях и питательные насосы. Кроме того, может быть отрицательной при высоких температурах перекачиваемой жидкости, что указывает на необходимость расположения уровня всасываемой жидкости выше оси насоса.

Исходя из этого, возможны два различных случая установки насосов: при перекачивании жидкости с низкой температурой (рис. 12, а) и с высокой (рис. 12,6). Схема рис. 12,6 преимущественно используется в системах регенерации ПТУ и питания парогенераторов.

Вакуумметрическая высота всасывания hвак — это величина вакуума у входного патрубка насоса. Она связана с уравнением:

При имеем срывную вакуумметрическую высоту всасывания:

при - допустимую вакуумметрическую высоту всасывания:

Уравнение Эйлера.

Уравнение теоретического и действительного напора центробежного насоса

При вращении лопастного колеса вокруг оси О с угловой скоростью ω (омега), вследствие силового воздействия лопастного колеса на жидкость, каждая её частица двигаясь в межлопастном пространстве, совершает сложное движение. Параллелограммы скоростей на рабочем колесе изображены на схеме.

При входе на лопасть и выходе с лопасти, каждая частица жидкости приобретает соответственно:

1. Окружные скорости U1 и U2, направленные по касательным к входной и
выходной окружностям лопастного колеса.

Рис. 13. Параллелограммы скоростей на рабочем колесе.

2. Относительные скорости w1 и w2, направленные по касательной к поверхности профиля лопасти.

3. Абсолютные скорости с1 и с2, получаемые в результате геометрического сложения u1,

w1 и u2, w2 и направленные под углом α 1 и α 2 к соответствующим окружным скоростям.

Так как насос представляет собой механизм, преобразующий механическую энергию привода, в энергию (напор), сообщающую движение жидкости в межлопастном пространстве колеса, то теоретическую её величину (напор), полученную при работе насоса, можно определить по формуле Эйлера:

Н t ∞ = __ C 2 U2 соs α 2 – C 1 U1 соs α 1_

g

В виду того, что у центробежного насоса отсутствует направляющий аппарат при входе жидкости на лопасти, во избежание больших гидравлических потерь от ударов жидкости о лопасти, и уменьшения потерь напора, вход жидкости на колесо делают радиальным (направление абсолютной скорости С1 - радиальное). При этом α 1 = 90, тогда соs 90 - 0, следовательно, произведение C1 U1 соs α 1 = 0.

Таким образом, основное уравнение напора центробежного насоса, или уравнение Эйлера примет вид:

Н t ∞ = C 2 U2 соs α 2 / g

В действительном насосе имеется конечное число лопастей и потери напора вследствие завихрений частиц жидкости учитываются коэффициентом φ (фи), а гидравлические сопротивления учитываются гидравлическим КПД - ηг, тогда действительный напор примет вид:

Нд = Нt φηг

С учётом всех потерь КПД центробежного насоса составляет ηн 0.46-0,80.

В эксплуатационных условиях напор центробежного насоса определяется по эмпирической формуле и зависит от числа оборотов приводного двигателя и диаметра лопастного колеса:

Нн = к'* n 2* D2 ,

где: к'- опытный безразмерный коэффициент

к' = (1-5) 104

n - частота вращения рабочего колеса, об/мин.

D - наружный диаметр колеса, м.

Подачу насоса лс -1 ориентировочно определяют по диаметру нагнетательного патрубка:

Qн = k" d2

где: k" - для диаметра патрубка до 100 мм - 13-48, более 100 мм – 20-25

d – диаметр нагнетательного патрубка в дм.

Влияние угла лопатки на напор центробежного насоса.

Рассмотрим на схеме изменение величин скоростей на выходе жидкости из рабочего колеса в зависимости от направления профиля лопатки (рис. 14).

Направление вращения колеса по часовой стрелке. Цифрой I обозначена
лопатка, загнутая назад, цифрой II - лопатка, направленная вдоль радиуса и
цифрой III - лопатка, загнутая вперёд.

Рис. 14. Влияние профиля лопастей на напор.

Как видно из схемы, вектор абсолютной скорости перекачиваемой жидкости C2 при выходе её из колеса тем больше, чем больше угол профиля β2, что соответствует профилю лопатки, загнутой вперёд. Поэтому теоретический напор насоса Н t ∞ с таким профилем будет наибольшим.

Мощность, необходимая для вращения рабочего колеса с таким профилем лопаток, так же будет наибольшей:

Nн = m*g*Ht ∞

Гидравлические сопротивления, возникающие при отрыве жидкости от лопасти, из-за действия больших центробежных сил инерции, увеличивают напряжения в материале рабочего колеса, поэтому центробежные насосы перекачивания жидкости делают с лопатками загнутыми назад.

У насосов перекачивающих газы, лопатки загнуты вперёд, так как абсолютное гидравлическое сопротивление небольшое.