Коэффициент быстроходности центробежных насосов

 

Для сравнительной оценки различных типов центробежных насосов их объединяют в серии по принципу геометрического подобия рабочих колес. Геометрически подобными называют такие колеса, которые имеют одинаковые соотношения между соответствующими геометрическими размерами (,  и т. д.). В каждой серии подобных рабочих колес можно подо­брать такое колесо, которое при полезной мощности  и наивысшем КПД развивает напор и подачу для воды . Такое колесо называют модельным, или эталонным.

Частоту вращения модельного колеса , характеризующую быстроходность колес данной серии, называют коэффициентом быстроходности или удельной частотой вращения.

Установим связь между коэффициентом быстроходности на­соса, его подачей, напором и частотой вращения.

Предположим, что рассматриваемое нами рабочее колесо имеет при какой-то частоте вращения  напор  и подачу . Это же рабочее колесо будет развивать напор  при частоте вращения  и подаче . Тогда, воспользовавшись соот­ношениями (286), (287) и (288), можно записать:

 

;

 

откуда

 

;

 

при

 

.                                        (289)

 

Тогда

 

.                                      (290)

 

Для того чтобы рассматриваемый насос при напоре  имел такую же подачу, как и модельный насос (), нужно изменить размеры колеса насоса, сохранив численные значения окружной, входной и выходной скоростей. На основа­нии равенства окружных скоростей  при входе можем на­писать

 

,

 

.

 

При одинаковой входной скорости  и  подача насосов будет пропорциональна площадям входных сечений.

 

.

 

Имея в виду, что , получим

 

.

 

После подстановки в последнюю зависимость выражений для  по формуле (289) и  по формуле (290) получим фор­мулу для определения коэффициента быстроходности насоса:

 

.                                  (291)

 

Для насосов с двусторонним входом жидкости в колесо в формуле (291) вместо  следует принять .

В настоящее время вместо коэффициента быстроходности  вводится понятие удельной частоты вращения , которую определяют по формуле

 

.                                  (292)

 

Число  аналогично  и является критерием подобия ло­пастных насосов и режимов их работы.

В зависимости от величины коэффициента быстроходности и удельной частоты вращения насоса различают центробежные насосы [8]:

 

тихоходные
нормальные
быстроходные
осевые  и

 

Следует указать, что при коэффициенте быстроходности  применяют поршневые насосы, так как при малых зна­чениях  в лопастных насосах возникают большие гидравличе­ские потери внутри рабочего колеса.

 

 

Явление кавитации

Кавитация (пустотообразование). Кавитация возникает из-за чрезмерного падения давления на всасывающей стороне насоса. Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы давление в жидкости в нем было больше давления насыщенных паров жидкости при данной температуре.

При пониженном давлении в рабочем колесе внутри жидкости образуются пустоты, наполненные паром. Пузырьки пара, двигаясь вместе с жидкостью по лопаткам рабочего колеса, попадают в область более высоких давлений, где происходим резкое сжатие и конденсация пузырьков пара. Пузырьки исчезают, и на их место со значительной скоростью устремляется жидкость. В результате - происходят местные гидравлические удары. Если пузырьки находились на поверхности твердых тел, то эти явления ударного характера приводят к выкрашиванию отдельных частей металла и выходу насоса из строя.

Кавитация нарушает нормальное движение жидкости в рабочем колесе насоса, она меняет свое агрегатное состояние – вскипает, подача, напор, мощность и КПД падают; ограничивает высоту всасывания.

Выразим допустимую высоту всасывания через кавитационный допустимый запас, т.е. превышение полного напора во всасывающем патрубке насоса над напором, соответствующим давлению насыщения паров жидкости

 

,                                   (293)

 

где		- абсолютное давление во всасывающем патрубке насоса;
		- скорость жидкости во всасывающем патрубке насоса;
		- давление насыщенных паров жидкости.

Кавитационный запас, при котором возникает кавитация, называют критическим кавитационным запасом . Для установления осуществляют испытания насоса, на основании которых для каждого режима работы строят кавитационную характеристику (рис. 81). Она дает зависимость напора Н и мощности  от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения n рабочего колеса.

Рис. 81. Зависимость напора, мощности от кавитационного запаса 

 

При кавитационных испытаниях могут возникать два критических режима работы насоса.

1-й критический режим – режим работы насоса, при котором начинается падение напора  и мощности  и ему соответствует - местная кавитация. При работе насоса в 1-м критическом режиме постепенно уменьшается,  и  падают и наступает 2-й критический режим. При котором возникает второй кавитационный критический запас , при этом резко увеличивается концентрация пара и парогазовой эмульсии, поток отрывается от лопатки рабочего колеса, быстро снижаются напор  и мощность  – что приводит к полному прекращению работы насоса.

Тогда .

С учетом коэффициента запаса К = 1,2…1,3 допустимый кавитационный запас:

 

 .                                  (294)

 

Допустимый кавитационный критический запас по формуле С.С. Руднева:

 

,                             (295)

 

где		- кавитационный коэффициент быстроходности, величина которого зависит от конструктивных особенностей насоса ( = 800…1000);
		- частота вращения вала насоса.

 

Допустимая вакуумметрическая высота насоса:

 

,           (296)

 

где		- давление насыщенных паров жидкости;
		- абсолютное давление во всасывающем патрубке.

 

Допустимая высота установки насоса. Из уравнения Бернулли:

 

заменяя  из уравнения (293):

 

Если , то

 

.                                (297)