NPSH установки при работе на всасывание

При холодной воде и открытом резервуаре (рисунок 36 слева) на высоте моря для практики эта формула упрощается (с единицами, как и выше):

NPSH_{распол.} = 10 – H_v,s – H_{s geo} ± s’ (30)

Поправка через s’ необходима только тогда, когда входное сечение рабочего колеса (которое определяет опасность кавитации) находится не на одинаковой высоте с входным сечением патрубка (базовой плоскостью). На рисунке 36 при расположении насоса слева H_{s geo} “увеличивается” на s’) то есть одинаковый знак у H_{s geo} и s’!). В случае, если s’ неизвестно, то, в большинстве случаев, эту величину можно определить по габаритному чертежу насоса

Базовая плоскость

Закрытый резервуар

Открытый резервуар

.

Рисунок 37: Определение NPSH_{распол.} при работе под заливом для горизонтально и вертикалбно установленного насоса.

1.4.1.2 NPSH_{распол.} при работе под заливом

В отличии от насоса при работе на всасывание, глава 3.5.1.1, насос при работе под заливом (рисунок 9) устанавливают ниже уровня жидкости. Уравнения (29) и (30) изменяются, вместо - H_{s geo} появляется + H_{z geo:}

NPSH_{распол.} = (p_e + p_b + p_D)/(ρ · g) + +v_e² /2g – H_v,s + H_{z geo} ± s’ (31)

где

H_{z geo} разность высот между уровнем жидкости во входном резервуаре и входном сечении патрубка насоса в м.

NPSH установки при работе на входе ∙ NPSH насоса

треб.

свободный от кавитации

постоян. постоян.

Первое появление кавитационных пузырей

Рисунок 38: Экспериментальное определение NPSH_треб. для критерия
∆Н = 0,03 Н_{свободный от кавитации}.

При холодной воде и открытом резервуаре (рисунок 37 слева) на высоте моря эта формула упрощается (для практики она достаточно точная).

NPSH_{распол.}=10–H_v,+H_{z geo}±s’(32)

Примечание, касающееся s’, см. в главе 3.5.1.1.

1.4.2 Значение NPSH_треб. насоса

С уменьшением давления в насосе появляются первые кавитационные пузырьки прежде, чем гидравлические характеристики насоса начинают на них реагировать. Поэтому из экономических соображений на практике появление незначительных кавитационных пузырьков должно быть принято во внимание. К тому же, оно может быть установлено для допустимой посчитанной меры кавитации с определенными критериями. Зачастую допускается падение напора насоса на 3 %. На рисунке 38 показан способ определения: при постоянной подаче и постоянной частоте вращения NPSH_{распол.} опытной установки снижается настолько сильно, пока напор насоса резко не спадет на 3%. Но также для ограничения кавитации можно использовать кавитационное условное повышение уровня шума, или меры износа материала, или определенный спад к. п. д. насоса. Если нежелательно превышать параметры, то минимальное значение NPSH будет требуемым и будет указано на кривой NPSH_треб. под характеристической линией QH в м (рисунок 18). Базовая плоскость к тому же находится на середине входного сечения рабочего колеса (рисунок 39), которое, например, у вертикальных насосов может различаться на s’ от базовой плоскости установки (см. рисунки 36 и 37).

Таким образом, чтобы не нарушать указанную меру допустимой кавитации, должен:

NPSH_{распол.}>NPSH_треб. (33)

На рисунке 40 в точке пересечения NPSH_{распол.} и NPSH_треб. графически показана такая ситуация. Если это условие не соблюдается, то напор будет резко снижаться направо от точки пересечения (при увеличенной подаче) и образовывать “линии отрыва”. Долгая эксплуатация в таком положении повредит насос.

Значение NPSH_треб. насоса

Рисунок 39: Расположение исходной точки Р_s’ у различных рабочих колес.

треб.

распол (1)

распол (2)

линия QH

Рисунок 40: “Отрезки отрыва” А₁ и А₂ линии QH при недостаточном NPSH_{распол.}: дефицит NPSH в одинарно заштрихованной области (случай 1) и двойной заштрихованной области (случай 2). После повышения NPSH_{распол.} (1) до NPSH_{распол.} (2) полезная рабочая зона насоса увеличивается сQ₁ на Q₂и достигает рабочей точки.

1.4.3 Возможности коррекции

Численное значение NPSH_{распол.} и NPSH_треб. основывается на конструктивно установленных дополнительных не сильно изменяемых габаритах установки и насоса, и на данных рабочей точки. Отсюда следует, что дополнительная корректировка условия
NPSH_{распол.} > NPSH_треб в располагаемой установке центробежного насоса вожможна только с большими конструктивными и финансовыми затратами в установке или насосе. Это касается, например, увеличения H_{z geo}, или уменьшения H_{s geo} (из-за расположения резервуара выше или установки насоса ниже), или сокращения потерь напора H_{v, s} со стороны всасывания, или замещения насоса. В последнем случае использование специального рабочего колеса первой ступени или предварительное переключение предвключенного колеса (предвключенный пропеллер, рисунок 41) может снизить капитальные затраты (но реконструкция насоса все же неизбежна). Однако, необходимо принять во внимание, что уменьшение значения NPSH_треб. из-за предвключенного колеса имеет место не для всей области подачи данного насоса, а только для определенной части (см. рисунок 42).

NPSH насоса ∙ Возможности коррекции

Устойчивость к кавитационному износу может быть повышена, особенно у насосов с большими номинальными внутренними диаметрами, с помощью подбора более подходящих (а также более дорогих) материалов для рабочего колеса.

Корректировать NPSH несложно только в особом случае: при замкнутых циклах (например, в отопительной установке) уровень давления для коррекции NPSH_{распол.} при данных условиях может быть поднят, поскольку установка допускает такое повышенное давление системы.

предвключенное колесо

Рисунок 41: Разрез насоса с предвключенным колесом

Подача Q

NPSHтреб с предвключенным колеса

NPSHтреб без предвключенного колеса

Характеристическая линия насоса

Рисунок 42: Влияние предвключенного колеса (предвключенного ротора) на NPSH_треб.

Влияние примесей · Рабочие колеса для подачи сточных вод

1.5 Влияние примесей

применяются специальные конструктивные виды рабочих колес и насосов (например, с очищающимися крышками, особыми уплотнениями вала) [1].

На рисунке 43 показаны самые распространенные конструктивные виды колес для таких сточных вод. При подаче шлама канальные колеса могут справиться с жидкостью, в которой содержится до 3 % сухого вещества, однолопастные рабочие колеса – с жидкостью, в которой есть до 5 % сухого вещества, открытые колеса со свободным потоком – до 7 %, и червячные колеса перекачивают жидкость с еще большим процентом сухого вещества.

Так как однолопастные рабочие колеса для подачи сточных вод для припасовки рабочей точки не могут быть обточены (см. главу 3.4.6), то эти насосы часто приводятся в действие при помощи клинового ремня (см. рисунок 59g).

Добавки к мощностям привода показаны не на рисунке 20, а в специально сделанной документации [1], так как они зависимы не только от мощности привода, но и от вида рабочего колеса и удельной частоты вращения. Так, например, для однолопастныхрабочих колес при подаче хозяйственных сточных вод и фекалий рекомендуются следующие резервы мощности:

до 7,5 кВт около 30 % (≥ 1 кВт),

от 11 – 22 кВт около 20 %,

от 30 – 55 кВт около 15 %,

с выше 55 кВт около 10 %.

При определении потерь высоты в трубопроводах (см. ниже в 3.2.1.2) необходимы особые добавки. [1]

Чтобы уменьшить опасность закупорок в трубопроводах при сильно загрязненных сточных водах, необходимо использовать минимальную скорость 1,2 м/с в горизонтальных трубах и 2 м/с в вертикальных трубах (точные значения следует получать только экспериментально!); на что необходимо обратить внимание при регулировке частоты вращения [1].

Закрытое однолопатное рабочее колесо*) для сточных вод с твердыми или длинноволокнистыми примесями

Закрытое канальное рабочее колесо*) для содержащих твердые вещества и зашламованных не выделяющих газ жидкостей без длинноволокнистых примесей

Открытое колесо со свободным потоком для жидкостей с крупными или длинноволокнистыми веществами и газовыми включениями

Червячное колесо для сточных вод с крупным, твердыми или длинными волокнистыми веществами или для шлама с 5 до 8 % сухого вещества

Рисунок 43: Конструктивные виды рабочих колес для подачи сточных вод.

^*) Вид сверху изображен без покрывающего диска.

Особенности при подаче вязких жидкостей · Кривая текучести

2 Особенности при подаче вязких жидкостей

Стенка

Плита

Рисунок 44: Профиль скорости между плоской стенкой и параллельно движущейся плоской плитой.

F = тяговое усилие;

v₀ = скорость движения;

y₀ = расстояние до стенки;

dv/dy = поперечный градиент скорости.

предел текучести tf

Рисунок 45: График текучести вязких жидкостей a без, аb с пределом текучести τ_f.

N Ньютоновская, В Бингама, S структурновязкая, D дилатантовая жидкость.

2.1 Кривая текучести

Вязкость – это свойство жидкости переносить касательное напряжение. Рисунок 44 поясняет такое явление: в жидкости параллельно к плоской стенке на расстоянии y₀ двигается плоская плита со смоченной поверхностью А и скоростью v₀. При этом должна быть преодолена сила трения F, которая может пересчитываться для касательного напряжения τ = F/A. Касательное напряжение τ в жидкости зависит от расстояния до стенки y₀, от скорости v₀ и от рода разделяющей жидкости и изменяется прямо пропорционально скорости v₀ или обратно пропорционально расстоянию до стенки y₀. Эти два параметра v₀ и y₀ соединяются в понятии поперечный градиент скорости v₀/y₀.

Особенности при подаче вязких жидкостей · Кривая текучести

Так как вязкость жидкости переносит касательное напряжение τ не только возле стенок, но и на всех расстояниях до стенок, а значит между частицами жидкости, то определяют обобщенный поперечный градиент скорости в виде dv/dy (градиент скорости на изменение расстояния до стенки); он, так же как касательное напряжение τ, не является одинаково большим для всего расстояния до стенки, но при ряде измерений существует пара значений τ и dv/dy, которые могут быть построены как функция на так называемой кривой текучести (рисунок 45).

Если эта кривая текучести является прямой, проходящей через начало координат.

τ = η ∙ dv/dy (34),

то тогда динамическую вязкость с единицей Па с называют постоянным коэффициентом пропорциональности η. Такого рода обозначенная жидкость (например, вода или все минеральные масла) является нормально вязкой или Ньютоновской жидкостью, для скорой полностью справедливы законы гидродинамики. Если, напротив, кривая текучести является не прямой, проходящей через начало координат, а любой прилегающей кривой, тогда речь идет не о Ньютоновской жидкости, а о жидкости, для которой справедливы гидродинамические законы с ограничениями.

Кинематическая вязкость м2/с

Рисунок 46: Пересчет различных единиц кинематической вязкости ν.