Допустимая высота всасывания центробежного насоса сообщение

Обновлено: 04.05.2024

При работе насоса разность давлений в приемном резервуаре и в корпусе насоса должна быть достаточной, чтобы преодолеть давление столба жидкости и гидравлические сопротивления во всасывающем трубопроводе, поэтому расчет и проектирование всасывающей линии представляют собой одну из самых ответственных задач при проектировании насосной установки.

Вертикальное расстояние от уровня жидкости в приемном резервуаре до центра рабочего колеса насоса называют геометрической высотой всасывания hвс. Для нахождения допустимой геометрической высоты всасывания запишем уравнение Бернулли. Для сечений О—О и 1—1 (рис. а):

где Shs — сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе.

Учитывая, что z1- z0 = hвс, а также то, что Vo = 0 (приемный резервуар достаточно больших размеров), получим

Если давление P1 опустится до давления насыщения паров перекачиваемой жидкости Ps при данной температуре, то наступит кавитация.

Кавитация в переводе на русский язык означает пустотообразование. Явление кавитации представляет собой процесс нарушения сплошности течения жидкости, который происходит там, где давление, понижаясь, достигает давления насыщенных паров жидкости. Этот процесс сопровождается образованием большого числа пузырьков, наполненных парами жидкости и газами, выделившимися из нее. Находясь в области пониженного давления, пузырьки объединяются, превращаясь в большие пузыри каверны. Потоком жидкости каверны сносятся в область повышенного давления, где разрушаются вследствие конденсации заполняющего их пара. В центре каждой каверны происходит соударение частиц жидкости, что вызывает гидравлические удары. Опытами установлено, что, когда пузыри лопаются, повышаются местное давление и местная температура.

При этом местное давление достигает значений, больших 100 МПа, что сопровождается образованием положительно и отрицательно заряженных частиц ионов.

Это явление приводит к разрушению рабочих органов насоса. Поэтому кавитация в насосах недопустима. Особенно быстро разрушаются алюминий и механически обработанный чугун, а наиболее стойкой оказывается обладающая большой вязкостью нержавеющая сталь. При шлифовке и полировке стойкость металлов против кавитационного разрушения повышается. Применение стойких в отношении кавитационного разрушения материалов позволяет непродолжительное время работать в условиях местной кавитации.

Первым и главным условием устранения кавитации является правильное назначение допустимой высоты всасывания.

Практически давление на входе в насос выбирают несколько больше, чем давление насыщения паров, т. е.

где DRзап - запас давления, гарантирующий от наступления кавитации.

кавитационный запас напора,

Из формулы видно, что для увеличения геометрической высоты всасывания необходимо уменьшать потери во всасывающем трубопроводе, скорость при входе в насос и давление насыщения паров. В связи с этим всасывающую линию насоса делают возможно короче, большого диаметра, с минимумом перегибов и местных сопротивлений. Снизить значение Рsв большинстве случаев невозможно, так как оно определяется только температурой перекачиваемой жидкости. Однако если представляется такая возможность, то эту температуру необходимо уменьшить.

Максимальная геометрическая высота всасывания насосов не может быть более Рат/pg, что для воды составляет 10 м. Высота всасывания центробежных насосов обычно не превышает б. 7 м. Если по расчету получается hвс 2 1/2g.

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания всегда меньше высоты на кавитационный запас, т. е.

В каталогах и паспортах насосов приводят допустимую вакуумметрическую высоту или допустимый кавитационный запас.

находим геометрическую высоту всасывания насоса:

где Shs — сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе.

Учитывая, что z1- z0 = hвс, а также то, что Vo = 0 (приемный резервуар достаточно больших размеров), получим

Практически давление на входе в насос выбирают несколько больше, чем давление насыщения паров, т. е.

где DRзап - запас давления, гарантирующий от наступления кавитации.

кавитационный запас напора,

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания всегда меньше высоты на кавитационный запас, т. е.

Центробежные насосы высокого давления, являются неотъемлемой частью установок, поднимающих на поверхность воду из подземных водозаборов. Их так же внедряют в водопроводные или отопительные системы для поддержания в сети стабильного давления.

Оборудование этого типа незаменимо, как в быту, так и на производствах, и далее мы поговорим о его достоинствах и особенностях. Посмотрев видео в этой статье, вы узнаете, какова допустимая высота всасывания центробежного насоса, и по какому принципу производится его подбор для скважины или сети.

Особенности поверхностных насосов

Для того, чтобы поднять воду, он должен создать на входном патрубке вакуум, то есть абсолютное давление, которое, за счёт его разности с давлением атмосферным, способствует всасыванию жидкости в рабочую камеру. Это называется: вакууметрическая высота всасывания.

Бытовая насосная станция с поверхностным насосом

Ну а дальше, в работу включаются лопасти, которые, вращаясь, выбрасывают воду за периферию колеса, где создаётся напор, необходимый для продвижения потока к напорному патрубку. Здесь немалую роль играют: частота вращения лопастей, а так же протяжённость всасывающего трубопровода — чем больше длина трубы, тем сильнее потери напора. То же самое происходит и в напорном трубопроводе.
Поэтому, залогом комфортной эксплуатации насоса являются, прежде всего, правильные расчёты всасывающей и отводящей линий. Из-за потерь напора, высота всасывания насосов, размещаемых на поверхности, не превышает девяти, а чаще семи метров. Исключение составляют только модели с выносным эжектором, которые могут достать воду, находясь в 25 метрах от её уровня. Есть даже более современные модификации, для которых и это расстояние не предел.

В этом случае, мощность всасывания увеличивается за счёт использования системы труб Вентури. Использование такого агрегата позволяет экономить на строительстве скважины, диаметр которой может не превышать трёх дюймов. Ну а для глубокого водозабора, как не крути, нужен погружной насос.

Насосы консольного типа

Данный вариант центробежных насосов с полным правом можно считать наиболее популярным в мире. Общая масса консольных насосов, среди всего выпускаемого насосного оборудования, по разным оценкам составляет от 55 до 70%.

Прежде всего, это обусловлено простотой конструкции, которая, тем не менее, по своим возможностям, опережает прочие модели.

Насос центробежный высокого давления

ЖКХ – это не единственная сфера применения консольных насосов. Они очень востребованы в производственных схемах водоснабжения, в сельском хозяйстве, во многих отраслях промышленности.

Допустим, центробежный насос высокого давления, предназначенный для промышленного использования, способен перекачивать до 370 м3 воды в час, и создавать при этом напор почти в сотню метров.

Вертикальные насосы

Затронув тему насосного оборудования, обеспечивающего высокие показатели давления, нельзя обойти вниманием и вертикальные насосы. Чаще всего они имеют многоступенчатую конструкцию, и, соответственно, обладают гораздо более высокими напорными характеристиками.

В быту, насосы с вертикальным исполнением корпуса используют для подачи воды из подземных водозаборов (погружные модели), а так же в дренажных и оросительных системах (полупогружные и поверхностные модели). Насосы производственного назначения тоже нередко имеют вертикальный вал — это даёт большие преимущества.
Дело в том, что производственное наносное оборудование нередко располагается в цеху, и установка вертикальных насосов позволяет экономить полезную площадь помещения. Вместо одного горизонтального насоса, на одном фундаменте может уместиться три-четыре вертикальных.

Вертикальный поверхностный насос

В промышленных масштабах одиночные насосы используются редко. Чаще это насосные станции, объединяющие в себе несколько вертикальных насосов, и мембранный бак – гидроаккумулятор. Такие установки, где кроме основных насосов есть ещё и резервные, очень надёжны и обладают высокими эксплуатационными мощностями.
Где их только не используют: в противопожарных и отопительных системах, для водопонижения и водоотведения, в мелиорации и схемах подачи воды в небольшие населённые пункты. С помощью такой установки можно обеспечить требуемое давление и в системе водоснабжения высотного дома.
Такая установка позволит иметь стабильный напор воды и в частном доме, снабжающемся из магистральной сети, где давление вечно падает в часы пик. Ведь во многих домах отопление водяное, а когда напора воды недостаточно, батареи чуть тёплые, и водогрейная колонка не включается.

Насосная станция для повышения давления

Для небольшого дома, в котором проживает одна семья, достаточно и бытовой насосной станции с одним насосом. Если же это дом в два-три этажа, или, к примеру, коттедж на два хозяина, проблема может оказаться существенной даже и в том случае, когда снабжение водой осуществляется из индивидуальной скважины.
Ведь наши дома сегодня напичканы бытовой техникой, для работы которой нередко требуется давление воды в 2,5-3 бар, обеспечить которое обычная сеть не всегда может. Установив станцию на два-три насоса, можно не только забыть о плохом напоре, но и не беспокоиться о том, что в случае выхода оборудования из строя, вы останетесь без воды.

В таких установках, все насосы одновременно не работают — один всегда в резерве. Стоит рабочему насосу задержаться с запуском секунд на десять, как вместо него тут же включается резервный агрегат.

Насосы бустерного типа

Большинство вертикальных насосов имеют бустерную конструкцию. Это тип конструкции, при которой насосу создаются условия работы, аналогичные условиям скважины. Чтобы это было возможно, корпус бустерного насоса помещается в заполненный водой цилиндрический контейнер из гальванической или нержавеющей стали.

Соединяются они при помощи фланцевого переходника и центруются болтами, находящимися на внешнем периметре. Подобное решение делает конструкцию необычайно устойчивой — такой агрегат можно располагать хоть вертикально, хоть горизонтально.

Достоинства бустеров

Насосы этого типа чаще всего используют для сборки насосных установок производственного назначения, так как их производительность и напор, не уступает характеристикам скважинных насосов. Добиться, к примеру, напора 800м при подаче в 1000м3/час, от горизонтального поверхностного насоса просто невозможно.

Установка с горизонтальными бустерными насосами

Такие показатели, конечно не везде нужны. Но в системах пожаротушения, бустерным установкам практически нет альтернативы, ведь и здания бывают достаточно высокими, да и приблизиться к ним во время пожара не всегда возможно. В таких случаях, именно большой напор спасает ситуацию.
Незаменимы бустеры и для снабжения питьевой водой объектов, расположенных высоко над уровнем моря, например, в горах. И, несмотря на то, что цена таких установок достаточно высокая, в процессе эксплуатации она быстро окупается за счёт экономичного потребления энергии.

Если сравнивать их затраты с другими насосами аналогичной мощности, то экономия составит, ни много ни мало, 50-55%. Использование бустерных установок для обеспечения водой строящихся объектов, позволяет снизить их себестоимость, так как энергоносители всегда составляют львиную долю затрат.

Очень часто центробежный насос должен накачивать жидкость из низко расположенных емкостей. На стороне всасывания разрежение может равняться уровню давления воздуха – примерно одному бару. По этой причине высота всасывания центробежного насоса ограничивается максимальной высотой 10 метров, поскольку 1 бар равен давлению 10 метров водяного столба.

На практике высота всасывания центробежного насоса не превышает 8 метров, поскольку на снижение максимально достижимой высоты действует целый ряд факторов. В частности, к ним относятся:

Снижающее давление пара компоненты в перекачиваемой жидкости;
Сопротивление трения в насосе и всасывающем трубопроводе;
Давление жидкости, которое превышает давление воды;
Кавитация в рабочем колесе центробежного насоса.

Кавитация представляет собой процесс образования пузырьков пара из-за снижения его давления ниже номинального значения и последующее слияние этих пузырьков.

Параметром всасывающей способности насоса является критическая высота всасывания. Высота напора центробежного насоса зависит от скорости вращения и формы рабочего колеса. На практике ее величина лежит в пределах 10-200 метров. Многоступенчатые центробежные насосы имеют высоту напора до 10000 метров. Сумма высоты всасывания и высоты напора насоса составляет общую высоту подачи насоса.

В зависимости от расположения входного отверстия рабочего колеса насоса относительно уровня воды в приемном резервуаре различают положительную или отрицательную геометрическую высоту всасывания.

Положительной геометрической высотой всасывания горизонтальных насосов, расположенных над уровнем воды в приемном резервуаре или колодце, называют расстояние по вертикали от нижнего уровня воды в приемном колодце до оси насоса.

Положительной геометрической высотой всасывания вертикального насоса с лопаточным отводом называют расстояние по вертикали от нижнего уровня воды в приемном колодце до середины входных кромок лопастей рабочего колеса.

Отрицательной геометрической высотой всасывания вертикальных насосов, расположенных ниже уровня воды в приемном колодце или водосборнике, называют расстояние по вертикали от минимального уровня воды до середины входных кромок лопастей у насосов с лопаточным и до горизонтальной оси в насосах со спиральными отводами. В горизонтальных насосах эта высота равна глубине погружения оси насоса относительно минимального уровня воды в водосборнике.

В процессе откачки воды высота всасывания изменяется вместе с движением зеркала воды в приемном резервуаре.

В горной практике применяются насосы, как с положительной, так и с отрицательной высотой всасывания, причем предпочтение нужно отдавать вторым, как обеспечивающим высокую надежность работы установки и простую схему ее автоматизации.

При вращении рабочего колеса центробежного насоса, расположенного над зеркалом воды, создается разрежение у входа в него.

. (4.1)

Выражение, заключенное в скобки, называют вакуумметрической высотой всасывания Нвак.

Очень важно помнить, что геометрическая высота всасывания Нвс всегда меньше Нвак на величину потерь, и путать их друг с другом ни в коем случае нельзя.

Для действующей насосной установки величина Нвс вполне определенная, поэтому с ростом загрязненности μ всасывающего трубопровода произойдет сокращение подачи насоса.

Переключение насоса на новую внешнюю сеть с меньшим Нг, но с сохранением прежнего превышения оси насоса над зеркалом воды (Нвс не меняется), подача насоса возрастет и одновременно должно уменьшиться Нвс. Однако Нвс измениться не может, и как следствие этого либо автоматически произойдет снижение производительности насоса, либо насос перестанет подавать воду.

Допустимая геометрическая высота всасывания центробежного насоса Нвс сокращается с ростом скорости его вращения и в определенных условиях может стать даже отрицательной, тогда насос должен получать воду с подпором.

Максимальная вакуумметрическая высота всасывания насоса определяется из формулы (4.2).

, (4.2)

а допустимая принимается на 15 – 20 % меньше, т. е.

. (4.3)

Повышение допустимой высоты всасывания Нвсдоп достигается при уменьшении потерь во всасывающем трубопроводе за счет увеличения его диаметра, сокращения до минимума длины и всякого рода местных сопротивлений (колена, тройников, переходов и т. д.), а также при должном надзоре за герметичностью и чистотой трубопровода.

Современное развитие насосостроения предусматривает применение центробежных насосов со все возрастающим числом оборотов (большей степенью быстроходности), что объясняется экономическими соображениями (сокращением веса агрегата, его габаритов, высоты всасывания и стоимости эксплуатационных затрат, повышением к.п.д.). При этом работа быстроходных насосов на загрязненной воде неизбежно сопровождается более быстрым их износом и увеличением числа ремонтов [9].

Давление Р/γ должно быть больше упругости Ht растворенных в воде водяных паров при данной температуре откачиваемой воды, иначе произойдет вскипание их, а в потоке воды образуются полости, заполненные паром и выделяющимися из воды газами, отрывающими поток воды от стенок колеса. При движении воды в колесе пузырьки пара попадают с потоком в область больших давлений, дробятся на еще более мелкие, в которых пар мгновенно конденсируется, в результате чего в образовавшиеся пустоты с колоссальной скоростью устремляется вода, развивая динамическое давление до 1000 ат. Этот процесс называют кавитацией.

Если сжатие паровоздушного пузырька произойдет у поверхности стенки или лопасти колеса, получится своеобразный взрыв и в металле образуется микроскопическая каверна, защитная пленка металла будет сбита и наступит химическая коррозия металла растворенными в воде газами.

Возникновение кавитации может быть вызвано большой высотой всасывания, значительным сопротивлением во всасывающем трубопроводе или работой насоса с большой подачей воды; при прочих равных условиях кавитация в насосах, откачивающих загрязненную воду, наступает значительно раньше, чем работающих на чистой воде. Механические примеси являются своеобразным центром сбора растворенных в воде газов и паров, и чем этих частиц больше, тем больше газообразных пузырей.

Кроме разрушения колес работа насоса при сильно развитой кавитации сопровождается шумом и треском, а иногда сотрясениями всей машины, быстрым износом уплотнений, плохой работой сальников, сокращением производительности и напора насоса, заеданием вращающихся деталей ротора насоса и поломкой вала. Срыву работы насоса при кавитации обычно предшествует быстрое уменьшение производительности и напора насоса.

Для предупреждения кавитации в насосе необходимо обратить особое внимание на правильный выбор всасывающего трубопровода и установку насоса над зеркалом воды Нвс, исходя из условий допускаемой вакуумметрической высоты всасывания Нвакдоп, указываемой на эксплуатационной характеристике насоса.

Предельная вакуумметрическая высота всасывания может быть определена по формуле (4.4), если Δh представить как функцию от напора Нк колеса.

, (4.4)

где σ – коэффициент кавитации (определяется в зависимости от удельной быстроходности колеса).

Удельное число оборотов nуд

Коэффициент кавитации s

Максимально возможная геометрическая высота всасывания Нвс max должна быть меньше Нвакдоп на величину потерь и скоростного напора во всасывающем трубопроводе, и при ориентировочном подсчете может быть определена из неравенства, м,

. (4.5)

Для насосов со скоростью вращения вала до 1450 об/мин нужно вычислять меньшее значение, а при скорости вращения 2950 об/мин – большее значение.

Как показывают опыт эксплуатации, а также результаты многих испытаний действующих водоотливных установок на шахтах и карьерах, фактическая вакуумметрическая высота всасывания значительно превышает допустимую заводами-изготовителями, вследствие завышенной высоты всасывания насоса Нвс и больших потерь в приемном клапане и всасывающем трубопроводе, в результате чего производительность насоса снижается на 30 %, а напор и к.п.д. на 15 – 25 % в сравнении с заводскими данными [9].

Очень часто в горной практике для компенсации снижения производительности и напора Q и H прибегают к установке дополнительных рабочих колес. В этих условиях скорость входа воды vвс возрастает и, следовательно, вакуумметрическая высота всасывания увеличивается еще более. Вследствие этого в насосе происходит перераспределение давлений между ступенями и, как результат этого, появление частичной кавитации в первой или второй его ступенях. Увеличение радиального зазора в уплотнениях колес может вызвать также наступление кавитации в насосе при сравнительно небольшой его производительности.

Для сокращения потерь на трение во всасывающем трубопроводе необходимо, чтобы скорость движения воды в нем была около 1,5 м/с. Трубопровод прокладывается с подъемом в сторону насоса, чтобы исключить образование в нем воздушных мешков, уменьшающих живое сечение трубы и вызывающих возрастание скорости течения и Нвак.

Наибольшая потеря напора во всасывающем трубопроводе обусловлена, главным образом, неправильным выбором всасывающего клапана с сеткой, потери в котором достигают 2 – 3 м и более, превышая нормальные потери в четыре раза.

В нормальном клапане площадь проходного сечения должна быть не менее двукратной, а суммарная площадь отверстий в сетке – не менее четырехкратной площади сечения всасывающей трубы. В этом случае даже частичное засорение сетки не сопровождается значительным отклонением потерь от нормы.

Разрушающее действие кавитации ослабляется при изготовлении деталей насоса из высокохромистых нержавеющих сталей или бронзы, при наплавке на детали из углеродистых сталей твердых сплавов, а также за счет тщательной обработки рабочих поверхностей насоса и предварительного осветления воды от абразивных примесей.

Читайте также: