Гидромашины и компрессоры Лекция № 12 Работа насосов в гидравлической системе (продолжение) Сам. ГТУ Кафедра МОНГП 2011 год
СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НАСОСОВ • Соединение насосов в группы (блоки) практикуется: • как средство увеличения гидравлической мощности; • для ступенчатого регулирования подачи выключением части насосов; • для создания подпора на всасывании основного насоса. • Если насосы включаются параллельно, напорная характеристика группы получается суммированием подач (при одинаковых давлениях или напорах). При последовательном соединении складываются давления (или напоры) при равных подачах. • 1. Соединение одинаковых насосов (рис. а). Кривая напорной характеристики блока двух насосов при параллельном соединении обозначена Q 1+2, а при последовательном — Н 1+2. Точка A 1 соответствует режиму работы одного насоса, когда второй выключен. А 2 — рабочая точка при параллельном включении насосов; в точке пересечения горизонтали А 2 с кривой характеристики насоса к. п. д. насоса равен 2. По точке А 3 определяем подачу блока насосов при их последовательном соединении, когда к. п. д. 2 равен 3.
• Точки пересечения горизонтали напора Н 1+2 с кривыми 1 и 2 характеризуют режимы работы каждого насоса с соответствующими к. п. д. 1 и 2. К. п. д. блока насосов определим из баланса мощностей • N = N 1 + N 2, • Откуда • 2. Параллельное соединение насосов с разными характеристиками (рис. б). • Кривая напорной характеристики блока центробежных насосов СА получена суммированием абсцисс кривых 1 и 2. • • А’ 1 и А'2 — точки, соответствующие режимам работы насосов в одиночку. . 3
• Рассмотренная методика определения рабочих показателей насосов применима также к объемным насосам и к комбинации из объемного и центробежного насосов (рис. в). • Отметим следующую особенность. Поскольку с увеличением Q мощность центробежного насоса обычно возрастает, то при остановке «партнера» он перегружается (переход из А 2 в А'2). • В объемном насосе снижение давления приводит, наоборот, к почти пропорциональному падению мощности (переход из А 1 в А’ 1). 4
• 3. Последовательное соединение насосов. • Если центробежные насосы однотипные (это как бы ступени одного насоса), все обстоит просто. Если же они различные (рис. г), то при расходах, больших чем QB, насос 2 действует в режиме A 2 с отрицательным напором. В этом случае насос 2 необходимо выключить, ибо он потребляет мощность насоса 1. 5
КАВИТАЦИЯ В НАСОСАХ • При эксплуатации насосов, имеющих давление во всасывающем патрубке ниже атмосферного, возникает опасность кавитации. Кавитацией называется местное выделение из жидкости газов и паров (вскипание жидкости) с последующим разрушением (конденсацией и смыканием) выделившихся парогазовых пузырьков, сопровождающимся непрерывными гидравлическими микроударами высокой частоты, большими давлениями и температурами в центрах конденсации. Это явление ограничивает возможности действия насосов, турбин, а также гребных винтов. • Падение давления жидкости до предельного значения может быть по всему сечению потока, и тогда происходит разрыв в этом сечении с образованием обширной паровой полости во всасывающем тракте насоса. Происходит срыв подачи. Если такой разрыв возникает в цилиндре возвратно-поступательного насоса, то следствием является сильный механический удар поршня о жидкость и возможно повреждение насоса. 6
• Падение давления может быть также местным, обусловленным неравномерностью распределения скорости и давления по сечению потока. Обратимся, например, к вращающемуся рабочему колесу центробежного насоса (рис. а). Среднее по сечению давление изменяется в межлопастном канале от pl до р2, но на любой лопасти имеется избыток давления по передней поверхности amb и недостаток на задней поверхности anb. На передней кромке лопасти давление заторможенного потока равно р0. В некоторой точке профиля s давление ниже, чем pl, на рs. В этой зоне возникает кавитация, если чрезмерно снизить давление при входе в насос. 7
Существуют различные стадии кавитации при обтекании лопастей без тотального разрыва потока (рис. б): 1 — в виде отдельных пузырьков, которые растут, передвигаются вдоль лопастей и исчезают (захлопываются); 2 — в виде стационарных полостей (отрывов), охватывающих часть лопасти рабочего колеса; 3 — в виде стационарных полостей, простирающихся по всей лопасти и замыкающихся за нею. 8
О появлении кавитации в динамических насосах свидетельствуют следующие признаки отрицательного действия ее на насос вплоть до повреждений. 1. Шум, происходящий в результате конденсации ( «захлопывания» ) паровых пузырьков. Этот шум напоминает грохот перекатывающихся камней. 2. Снижение технических показателей — подачи, мощности, к. п. д. При низких значениях ns кривые характеристики резко падают с возрастанием подачи до значения, при котором начинается кавитация (рис. в). В быстроходных центробежных насосах кривые изгибаются постепенно (рис. г). (Hв – вакууметрическая высота всасывания) 3. Интенсивный износ стенок (кавитационная эрозия) в зоне конденсации паровых пузырьков при длительной кавитации. 4. Вибрации, интенсивность которых зависит от развития 9 кавитации.
РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ВСАСЫВАНИЯ • Несмотря на общность причин, вызывающих расстройство процесса всасывания, предельные условия бескавитационной работы применительно к насосам различных классов формулируются по-разному. 1. В динамических насосах расчетным критерием служит так называемый кавитационный запас давления при входе, необходимый для компенсации динамического падения давления в тех точках потока, где давление минимальное (например, в точке s на рис. а слайд 7). • Примем следующие обозначения (рис. а слайд 11): • р0 — абсолютное давление над уровнем жидкости в опорожняемой емкости (равное атмосферному, если резервуар открыт); • z 1 — отметка верхней точки области кавитационных явлений, отсчитываемая от уровня жидкости; • h 1 — потери напора во всасывающем тракте; • рп — давление насыщенного пара при температуре всасывания. 10
• • • В опорожняемой емкости кавитационный запас давления равен Ро — Рп, а в точке s с отметкой z 1 этот запас снижается до рк=р0 -рп-g (z 1+h 1). С уменьшением кавитационного запаса давления до некоторого критического значения pкр возникает кавитация. Чтобы насос работал без нарушений, необходимо иметь кавитационный запас давления больше критического, т. е. р0 -рп-g (z 1+h 1)=A ркр, где А — коэффициент кавитационного запаса (А = а. Кб. Кж). Рекомендуемые значения сомножителей коэффициента А при перекачивании центробежными насосами холодной воды приведены в табл. (слайд 12). 11
hкр= ркр/ g, м 0 2 4 6 8 10 12 14 16 а 1, 60 1, 36 1, 20 1, 12 1, 09 1, 07 1, 06 1, 05 D 2/D 0 1, 5 2, 0 2, 5 3, 0 3, 5 Коэффициент формы колеса Кб 1, 10 1, 093 1, 05 1, 013 1, 00 Коэффициент природы жидкости Кж: химически активные жидкости 1, 05 морская вода 1, 02 холодная пресная вода 1, 00 вода при температуре свыше 100 о С 0, 90 0, 93 0, 99 1, 00 нефтепродукты 0, 89 0, 91 0, 94 0, 97 0, 98 0, 99 сжиженные газы 0, 80 0, 83 0, 95 1, 00 2. В объемных насосах в качестве расчетного критерия служит вакуумметрическая высота всасывания Hв=zн+h 1. Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания в м Н в. д = Нв. к — 0, 5, где Нв. к — критическая вакуумметрическая высота всасывания, т. е. такая, при которой появляются повышенный шум и вибрация или подача падает на 10%. 12
Расчет всасывания возвратнопоступательного насоса • • В начале хода всасывания давление у поршня наименьшее, потому что к разрежению, обусловленному подъемом жидкости на высоту z 1 и гидравлическими потерями h 1, добавляется перепад давления, возникающий под действием инерции жидкости. В начале хода поршень движется с максимальным ускорением aмах, и силы инерции той части жидкости, которая движется за поршнем безотрывно, максимальны. Для определения инерционного перепада давления рассмотрим n -й участок трубопровода длиной Ln и площадью Fn, в котором жидкость движется с одинаковым ускорением аn. 13
• • По закону Ньютона, это ускорение связано с искомым перепадом давления: (p 1 -p 2)и. Fn= Fn. Lnan, откуда инерционный перепад давления ри = (p 1 -p 2)и = Lnan. В зависимости от размера поперечного сечения на различных участках подводящей линии жидкость имеет разную скорость. Общий перепад давления ри выражается как сумма перепадов на тех участках, где жидкость движется с ускорением. При наличии пневмокомпенсатора учитывается участок между компенсатором и поршнем, а при отсутствии компенсатора — также и всасывающий коллектор. Для коллектора принимается в расчет суммарное ускорение жидкости, обусловленное совокупным действием поршней или плунжеров во всех рабочих камерах и определяемое по графикам ускорений. С учетом инерционного перепада давления в момент начала хода всасывания ри, 0 наименьшее давление в рабочей камере Pmin=p 0– g(z 1+h 1, 0)– ри, 0– рк, 0. Здесь дополнительно к принятым обозначениям: h 1, 0— потери напора в начале хода поршня в коллекторе (до разветвления к рабочим камерам), в котором жидкость движется либо с постоянной (средней) скоростью при наличии пневмокомпенсатора, либо по закону, представленному графиком мгновенной подачи, если всасывание происходит без компенсатора; рк, 0 — перепад давления во всасывающем клапане, наибольший в момент его открытия. 14
Скачать презентацию Гидромашины и компрессоры Лекция 12 Работа насосов
Лек 12 гидр_сист.ppt