При расчете всасывающего трубопровода следует помнить, что его диаметр, длина, местные сопротивления и высота всасывания определяют уровень кавитации, которая вызывает шум, вибрацию, ударные нагрузки на детали насосов и их интенсивное эрозионное разрушение.
Экспериментальными исследованиями установлено, что для исключения кавитации необходимо иметь давление в конце всасывающего трубопровода (во всасывающей камере насоса) не меньше 0,06 МПа для шестеренных насосов и 0,07 МПа для аксиально-поршневых насосов.
Давление во всасывающей камере насоса определяется из уравнения Бернулли:
Рв = Ро ± ρghв - ρV2в/2 * (1в+ * bв + * 1в/ dв), Па, (5)
где Ро - атмосферное давление, Па; р - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; h- высота всасывания, м; Vв - скорость потока жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с; ξв - коэффициент местных сопротивлений всасывающего трубопровода; bв - поправочный коэффициент, учитывающий влияние вязкости жидкости на местные потери; λв - коэффициент трения жидкости о стенки всасывающего трубопровода; lв - длина всасывающего трубопровода, м; dв - диаметр всасывающего трубопровода, м.
|
|
Плотность жидкости в зависимости от температуры определяют по графику (рис. П1 [1]). Вязкость жидкости для тех же температур определяют по графику (рис. П2 [1]).
Коэффициент трения жидкости зависит от числа Рейнольдса (см. таблица 2), по которому определяется режим течения жидкости:
при ламинарном режиме λ =75/Re (6)
при турбулентном режиме λ = 0,3164-Re-1/4 (7)
Ламинарному режиму течения жидкости в трубопроводах круглого поперечного сечения соответствуют числа Рейнольдса Re < 2200 - 2300, а турбулентному - Re > 2200 - 2300.
Для трубопроводов круглого сечения число Рейнольдса можно определить по формуле:
Reв = Vв * dв / ν (8)
где Vв- скорость жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с; dв-диаметр всасывающего трубопровода, м; ν — коэффициент кинематической вязкости, м2/с.
Зависимость коэффициента трения жидкости от числа Рейнольдса.
Таблица 2
Трубопровод | Число Рейнольдса | |||||
Всасывающий | 41,4 | 194 | 517 | 1294 | ||
Напорный |
| 1027,48 |
|
| ||
Сливной |
| 660,52 | 1796,16 | 4265,87 | ||
| Коэффициент трения жидкости λ | |||||
Всасывающий | 1,816 | 0,387 | 0,145 | 0,058 | ||
Напорный | 0,35 | 0,07 | 0,04 | 0,03 | ||
Сливной | 0,55 | 0,11 | 0,04 | 0,04
|
Поправочный коэффициент bв, учитывающий влияние вязкости жидкости на местные потери, определяется при ламинарном режиме как функция от числа Рейнольдса по графику, приведенному на рис.П3 [1]. При турбулентном режиме поправочный коэффициент принимают равным 1.
Давление во всасывающей гидролинии рассчитывают для летнего масла в диапазоне температур - +20°С - + 80°С с интервалом 20°С, результаты расчета заносят в таблицу 3, по которой строят график Рв - t.
Расчетные значения переменных величин всасывающего трубопровода.
Таблица 3
Параметры | Температура рабочей жидкости, *С | |||
20 | 40 | 60 | 80 | |
Вязкость ν, м2/с | 0,00075 | 0,000155 | 0,000057 | 0,000024 |
Плотность ρ, кг/м3 | 900 | 885 | 871 | 857 |
Коэф. трения λв | 0,84375 | 0,174375 | 0,064125 | 0,04292683 |
Число Рейнольдса Reв | 88,888889 | 430,1075 | 1169,591 | 2777,77778 |
Поправочный коэф. b | 7 | 1,8 | 1,1 | 1,1 |
Давление Рв,МПа 0,5 -0,5 | 96449,557 | 102241,3 | 103045 | 103078,61 |
87620,557 | 93559,48 | 94500,53 | 94671,4399 |
На этом графике проводят горизонтальную линию, соответствующую давлению Рв = 0,06 МПа для шестеренных насосов. Пересечение этой линии с линиями Рв-1 позволит определить минимальную температуру бескавитационной работы насоса на летнем и зимнем масле tк.
Для того, чтобы представить влияние высоты всасывания на всасывающую способность насосов, расчет проводят дважды. Первый раз принимают высоту всасывания 0,5м выше осевой линии насоса, а во второй раз - 0,5м ниже осевой линии насоса.
Построение графиков покажет, что высота всасывания оказывает существенное влияние на работу насоса.
Надо помнить, что в формуле (5) знак плюс принимается тогда, когда гидробак расположен выше всасывающей линии насоса, а знак минус - ниже этой линии.
Рис. 4. Зависимость давления от температуры – Рв = f(t).