На головну

Стійкість роботи нагнітачів

  1.  ABBYY PDF Transformer-для роботи з PDF-файлами: http://depositfiles.com/files/boz04vdyi
  2.  FH 10 10 Організаційні принципи роботи національних товариств здоров'я.
  3.  I етап роботи з текстом документа.
  4.  I. ПОРЯДОК РОБОТИ НАД курсовий проект
  5.  I. Цілі і завдання виконання контрольної роботи
  6.  II. Механізми регуляції роботи серця
  7.  II. ПОЧАТОК РОБОТИ НАД СОЦІАЛЬНИХ ПРОЕКТОМ

Для нормальної експлуатації нагнітачів необхідно, щоб їх робота була стійкою. Це означає, що після випадкових збурень, які можуть бути ви - покликані різними причинами (наприклад, зміною напруги в електричній мережі і, як наслідок, зміною частоти обертання робочого колеса; зміною гидростатической складової втрат тиску; зміною витрати і т. П.), режим роботи повинен повертатися в початкове положення.

Однак в деяких випадках при роботі нагнітачів в мережах можуть виникати нестійкі режими. При цьому спостерігається різка зміна подачі і, отже, різка зміна потужності електродвигуна. Такі режими роботи виникають найчастіше в тих випадках, коли характеристика нагнітача має «сідлоподібний» вид. Розглянемо, як працює в мережі, що складається з водозабору, всмоктуючого і нагнітального трубопроводів і ємності значного обсягу відцентровий насос, який має падаючу характеристику (рис. 3.63, а). При випадковому збільшенні подачі на величину dQ засунений мережі (точка 1) виявляється більше напору, створюваного насосом (точка 2), мережа буде як би гальмувати роботу насоса і режим роботи буде прагнути повернутися в початкове положення (точка А).

Якщо подача з якої-небудь причини зменшилася на величину dQ, то натиск насоса (точка 3) перевищить опір мережі (точка 4), і насос, збільшивши подачу, поверне режим роботи в початкове положення (точка А). Така робота насоса в мережі називається стійкою. При роботі в мережі одного насоса умова стійкості має вигляд

 dН / dQ> dHc / dQ.  (1.69)

Проаналізуємо роботу в тій же мережі насоса з «сідловидної» характеристикою (рис. 3.63, б). Нехай розрахунковий режим роботи визначає точка А. Тоді при збільшенні подачі на величину dQ напір, що розвивається насосом, виявляється більше противодавления мережі, і подача насоса буде рости. Так буде тривати до тих пір, поки режим роботи не перейде в точку Б. При цьому Qб> Qa.

 Малюнок 1.45 - Стійкість роботи відцентрового насоса

Якщо ж подача насоса зменшиться на величину dQ, то опір мережі виявиться більше, ніж розвивається насосом натиск, і подача буде продовжувати зменшуватися, до тих пір, поки режим роботи не перейде в точку В. При цьому Qв

Очевидно, умова стійкості роботи (3.63) в цьому випадку не виконується, т. Е. Розрахунковий режим роботи насоса в мережі, який визначається точкою А, є нестійким.

Розглянемо тепер роботу насоса з "сідловидної» характеристикою в мережі, що включає ємність (наприклад, водонапірні бак), робочий об'єм якої можна порівняти з подачею насоса (рис. 3.63, в}. S розрахунковому режимі (точка А) подача насоса Qa дорівнює витраті споживача Qп якщо відбудеться збільшення подачі насоса на величину dQ, то, як вже встановлено, режим роботи не повернеться в точку А, і подача насоса буде рости. Рівень води в баку почне підвищуватися, зросте гідростатична складова втрат напору, і характеристика мережі пройде вище. Робоча точка буде переміщатися по характеристиці насоса вгору до тих пір, поки не займе положення точки Б. режим роботи, який визначається точкою Б, називається критичним, так як найменше підвищення протитиску мережі призводить до того, що режим стрибкоподібно переходить в точку В. При цьому подача насоса Q в буде менше розрахункової.

оскільки Qп> Q в, то рівень води в баку почне знижуватися, гідростатична складова втрат тиску почне зменшуватися, і характеристика мережі розташується нижче. Робоча точка буде переміщатися по характеристиці насоса вниз до тих пір, поки не займе положення точки Г, режим роботи в якій теж не є стійким, тому що незначне зниження рівня води в баку (наприклад, внаслідок інерційності процесу) призведе до стрибкоподібного переходу режиму роботи насоса в точку Д. При цьому відбувається різке збільшення подачі - Qд> Qг. Так як Qд> Qп, то рівень води в баку почне підвищуватися, отже, почне зростати гідростатична складова втрат тиску, і робоча точка буде переміщатися по характеристиці насоса з точки Д у точку Б, досягнувши якої, стрибкоподібно перейде в точку В і т. Д . Стрибкоподібне зміна режиму роботи насоса по аналогії з роботою поршневий машини отримало назву помпаж. Помпаж виявляється перш за все по характерному, суворо періодичної зміни шуму насоса і інтенсивних коливань напору в мережі. Робота насоса в умовах помпажа вкрай небажана і не повинна допускатися при експлуатації. Особливо небажана вона в тому випадку, якщо точка В виявляється в II квадранті, т. Е. Коли режим роботи переходить в область негативних подач. При відсутності зворотного клапана рідина піде з бака в резервуар через насос (рис. 3,63, г)

Нестійка робота може спостерігатися і при роботі вентиляторів, що мають «сідлоподібні» характеристики з прегібом і явно вираженим максимумом.

На стійкості роботи нагнітачів може позначатися паралельне включення, однак імовірність помпажа при інших рівних умовах в цьому випадку значно менше, ніж при роботі одного нагнітача. Умова стійкості при паралельній роботі двох нагнітачів має вигляд

dQ1/ dH1+ dQ2/ dH2> dQ1 + 2/ dH1 + 2. (3.64)

Для запобігання помпажа слід застосовувати нагнітачі зі стабільною формою напірної характеристики. При наявності западає ділянки характеристики запобігти або зменшити помпаж можноустановкой зворотних клапанів, що забезпечують роботу нагнітача в системі з подачами Q> QH; зменшенням частоти обертання робочого колеса; зменшенням акумулюючої здатності системи; розташуванням дросселирующей засувки безпосередньо за нагнітачем.

Кавітація. У насосах при досягненні певних умов може виникнути явище, зване кавитацией. Під кавітацією розуміють освіту при зниженні гідростатичного тиску бульбашок газу в товщі рідини, що рухається і схлопування цих бульбашок усередині рідини в зоні, де гідростатичний тиск підвищується. У лопастном насосі кавитация виникає на лопатці робочого колеса поблизу її вхідний кромки, т. Е. Там, де швидкість потоку максимальна.

У місці схлопування бульбашки (т. Е. В момент його повної конденсації) виникає різке збільшення тиску (до сотень атмосфер). Якщо в цей момент бульбашка пара знаходився на поверхні робочого колеса або лопатки, то удар доводиться на цю поверхню, що викликає ерозію матеріалу. Поверхня металу носить пощерблений характер. Пpoцecc руйнування робочих органів лопатевих насосів є найбільш небезпечним наслідком кавітації. Кавітація в лопатевих насосах супроводжується різким шумом, тріском і навіть вібрацією насосної установки і, що особливо важливо, падінням напору, потужності, подачі і ККД.

Матеріалів, що мають абсолютну стійкість проти кавитационного руйнування, не існує, тому робота насосів в кавітаційному режимі неприпустима. Це означає, що робота будь-якого лопастного насоса повинна здійснюватися в бескавитационной режимі.

Розглянемо фізичну картину виникнення кавітації в лопастном насосі при обтіканні потоком лопаті робочого колеса. Припустимо, потік підходить до лопаті гак, що в точці а лінія струму роздвоюється (рис. 3.64). Положення точки а для одного і того ж насоса залежить від його подачі. Швидкість відносного руху рідини в точці в на тильній стороні лопаті максимальна, тому тиск в цій точці мінімально. Припустимо, що zmi і р1- відносна швидкість і тиск в потоці перед входом на лопать, а w '1 і р '1 - Відносна швидкість і тиск в точці в лінії струму уздовж поверхні тильної частини лопаті, ? - щільність рідини. Запишемо рівняння Д. Бернуллі для відносного руху рідини уздовж цівки, що рухається від точки а до точки в.

В силу того, що точки а і в знаходяться на досить близькій відстані один від одного, втратами напору на цій ділянці можна знехтувати, а переносні швидкості обертання цих точок можна вважати рівними.

Якщо знижувати тиск р, в потоці перед входом в робоче колесо, залишаючи незмінною подачу, то внаслідок безвідривного течії рідини швидкості w1 і w '1 не змінюються, а тиск р '1 в точці в знижуватиметься на ту ж величину, що і тиск р1.

Як тільки в міру зниження тиску р1 тиск в точці досягне значення тиску насичених парів pt, то подальше зменшення тиску в потоці рідини на вході в колесо не буде позначатися на величині р '1= рt. Як видно з рівняння Д. Бернуллі (3.65), швидкість відносного руху потоку в точці в, рівна

,  (1.70)

зі зменшенням тиску р1 буде зменшуватися. Витрата потоку в межпластном просторі залишається постійним, внаслідок чого цівки рідини, що рухаються поблизу струмки ab, почнуть рухатися з більшою відноси тильній швидкістю, отже, з меншим тиском в них. Таким чином, зона руху рідини, в якій з'являються бульбашки газів, поступово розширюється зі зменшенням тиску перед входом потоку в робоче колесо. У той момент, коли відбудеться повний відрив потоку від тильної сторони лопаті, різко зменшиться натиск насоса.

 Малюнок 1.46 - До визначення тиску в потоці на вході в робоче колесо насоса

Як видно з наведеного достатньо простих описів цього складного явища, параметри насоса (натиск і ККД) починають змінюватися при досить розвиненій квітці. Основним засобом, який попереджає появу кавітації, є створення такого тиску у всмоктуючому трубопроводі, при якому кавітація відсутня. Як правило, це тиск визначається висотою всмоктування рідини при роботі насоса. Для знаходження висоти всмоктування звернемося до наступних міркувань. нехай р1 і з1-тиск і швидкість течії рідини перед робочим колесом насоса (рис. 3.65), ра - Атмосферний тиск на вільній поверхні, Z - перевищення осі насоса над вільною поверхнею резервуара, з якого відкачується рідина. Якщо втрати напору у всмоктуючому трубопроводі до входу в робоче колесо рівні hw, То рівняння Бернуллі, записане для цівки рідини, що рухається від вільної поверхні рідини до входу в робоче колесо, запишеться у вигляді

pa/ ?g = p1/ ?g + c21/ 2g + Z + hw  (1.71)

Суму Z + hw = НS називають статичною висотою всмоктування. Тоді з виразу (3.66) для НS отримуємо

НS = pa/ ?g- p1/ ?g- c21/ 2g.  (1.72)

Для цівки рідини, що потрапляє при своєму подальшому русі на лопатку робочого колеса, відповідно до вираження (3.65) маємо

 (1.73)

Підставляючи вираз (3.68) в формулу (3.67), отримуємо аналітичну зв'язок між статичною висотою всмоктування і тиском р '1 у вигляді

 (1.74)

З виразу (3.67) видно, що зниженням тиску рi обумовлюється збільшення статичної висоти всмоктування НS. Оскільки зниження тиску р, викликає зменшення тиску р '1, То, як це випливає з виразу (3.69), найбільшого значення для даного насоса величина Нs досягне тоді, коли тиск у тильній частині лопатки р '1 буде дорівнює тиску насичених парів рідини, т. е. при p '1= рt.

Подальше збільшення статичної висоти всмоктування призведе до зміни характеристики насоса, тому досягнення рівності p '1= рt визначає максимально допустиму статичну висоту всмоктування. В цьому випадку вираз (3.69) можна записати у вигляді

 (1.75)

де коефіцієнт  для характерних кавітаційних режимів називається критичним числом кавітації.

Назвемо кавітаційним запасом  h перевищення повного напору рідини у всмоктуючому патрубку перед робочим колесом над напором, створюваним тиском насичених парів, т. е.

 (1.76)

Визначимо зв'язок між кавітаційним запасом і статичній висоті всмоктування, для чого в вираз (3.71) підставимо значення р, з виразу (3.68). отримаємо:

 (1.77)
 
 

 Малюнок 1.47 - Кавітаційна характеристика відцентрового насоса

Підставляючи у вираз (3.70) отримане співвідношення (3.72), маємо

 (1.78)

Критичний кавітаційний запас h кр відповідає критичному числу кавітації .

Як видно з рівняння (3.73), чим більше кавітаційний запас, тим менше статична висота всмоктування і, отже, гірше кавитационні якості насоса.

Для визначення критичного кавітаційного запасу проводять кавитационні випробування насоса. В результаті для кожного режиму роботи насоса отримують так звану кавітаціоннию характеристику, Яка представляє собою залежність напору і потужності насоса від кавитационного запасу при постійній частоті обертання приводу і подачі. Типова кавитационная. характеристика приведена на рис. 3.66.

Як випливає з наведених вище міркувань, при великому кавітаційному запасі кавітації в потоці не настає, натиск і потужність від  h не залежать. При досягненні тиску p '1= рt почалася кавітація призводить до зменшення напору і потужності насоса. Режим, при якому починається падіння тиску і потужності, називають першим критичним режимом. Йому відповідає перший критичний кавітаційний запас h  , Якому, в свою чергу, відповідає критичне число кавітації  . Це так звана початкова стадія процесу кавітації, коли h >  h> h  і зона отри ва потоку від лопатки невелика. Тому частково розвинулася кавитация мало позначається на зменшенні напору і потужності насоса. Повільне зменшення напору і потужності, що розвивається кавітації закінчується різким зменшенням останніх, так як в результаті розвилася кавітації відбувається різке збільшення концентрації пара в потоці, що веде до повного відриву потоку від лопатки робочого колеса. Цьому явищу відповідає другий критичний кавітаційний запас h  , Значення якого пов'язане зі значенням другого критичного числа кавітації .

У багатьох тихохідних насосів перший критичний режим на кавітаційний характеристиці не виявляється. У цьому випадку доводиться обмежуватися другим критичним режимом. Як найменшого кавитационного запасу приймають або перший, або другий критичний кавітаційний запас. Для запобігання роботи насоса в небажаному кавітаційному режимі зазвичай призначають невелике перевищення допустимого кавитационного запасу над критичним, т. Е.

,  (1.79)

Знаючи критичний або допустимий кавітаційний запас, можна знайти для даної насосної установки допустиму статичну висоту всмоктування:

 (1.80)

Зазвичай приймають (pан) /  = 10м, що відповідає найбільш часто зустрічаються випадки всмоктування холодної води при нормальному тиску. В цьому випадку вираз (3.74) набуває простий вигляд:

,  (1.81)

Істотні труднощі пов'язані з визначенням критичного (чи допустимого) кавитационного запасу, який відповідно до рівняння (3.73) має вигляд

,  (1.82)

З цього рівняння випливає, що критичний кавітаційний запас залежить тільки від швидкості руху рідини в робочому колесі. Він мало залежить від виду і температури рідини. Таким чином, якщо потоки автомодельного, можна використовувати теорію подібності для визначення кавітаційних характеристик подібних насосів. В результаті С. С. Руднєвим було запропоновано рівняння для визначення критичного кавітаційного запасу, що має вигляд

 (1.83)

де С - кавітаційний коефіцієнт швидкохідності.

З виразу (3.77) випливає, що кавитационні властивості насоса тим вище, чим більше величина С. При роботі в оптимальному режимі поганих в кавітаційним щодо насосів для першого критичного режиму можна приймати С = 600  700, для нормальних насосів С = 800 = 1000, для насосів з підвищеними кавітаційними властивостями С = 1300  3000. Ці коефіцієнти приймають безрозмірними при підстановці в формулу (3.77) подачі Q, м3/ С, n, об / хв, і  , М.

Для насосів двухстороннег0 всмоктування потік ділиться порівну між двома входами в робоче колесо. Для насосів двостороннього входу в формулу (3.77) слід підставляти половинну подачу насоса, тому висота всмоктування насоса двостороннього входу більше, ніж одностороннього при інших рівних умовах.

Допустима висота всмоктування насоса при даному режимі роботи може бути визначена за формулою

 (1.84)

З аналізу рівняння (3.76) випливає, що поліпшення кавітаційних якостей насоса сприяє збільшення вхідного діаметра і ширини робочого колеса на вході. Найбільш ефективним є збільшення ширини робочого колеса на вході, так як в цьому випадку не тільки поліпшуються кавитационні якості насоса, але і не погіршується його ККД.

Іншим способом підвищення кавітаційних якостей насоса є установка на вході в робоче колесо першого ступеня осьового колеса, завдяки чому збільшується тиск на вході в колесо відцентрового насоса.

 




 Розрахунок характеристики мережі |  Кінематика потоку в робочому колесі нагнітача |  Рівняння Ейлера для роботи лопатевого колеса |  Теотеріческая характеристики лопатевих нагнітачів |  Фактичні характеристики нагнітачів |  Подоба лопатевих нагнітачів |  універсальні характеристики |  Спільна робота нагнітачів |  Паралельне включення нагнітачів. |  Послідовне включення нагнітачів |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати