ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Устойчивость работы нагнетателей из "Насосы и вентиляторы" Для нормальной эксплуатации нагнетателей необходимо, чтобы их работа была устойчивой. Это означает, что после случайных возмущений, которые могут быть вызваны различными причинами (например, изменением напряжения в электрической сети и, как следствие, изменением частоты вращения рабочего колеса изменением гидростатической составляющей потерь давления изменением расхода и т. п.), режим работы должен возвращаться в первоначальное положение. [c.130] Однако в некоторых случаях при работе нагнетателей в сетях могут возникать неустойчивые режимы. При этом наблюдается резкое изменение подачи и, следовательно, резкое изменение мощности электродвигателя. Такие режимы работы возникают чаще всего в тех случаях, когда характеристика нагнетателя имеет седлообразный вид. Рассмотрим, как работает в сети, состоящей из водозабора, всасывающего и нагнетательного трубопроводов и емкости значительного объема центробежный насос, имеющий падающую характеристику (рис. 3.63, а). При случайном увеличении подачи на величину (2 противодавление сети (точка 1) оказывается больше напора, создаваемого насосом (точка 2), сеть будет как бы тормозить работу насоса и режим работы будет стремиться вернуться в первоначальное положение (точка А). [c.130] Очевидно, условие устойчивости работы (3.63) в этом случае не выполняется, т. е. расчетный режим работы насоса в сети, определяемый точкой А, является неустойчивым. [c.131] Рассмотрим теперь работу насоса с седлообразной характеристикой в сети, включающей емкость (например, водонапорный бак), рабочий объем которой сопоставим с подачей насоса (рис. 3.63, в). В расчетном режиме (точка А) подача насоса QA равна расходу потребителя Q . Если произойдет увеличение подачи насоса на величину dQ, то, как уже установлено, режим работы не вернется в точку А, и подача насоса будет расти. [c.131] Уровень воды в баке начнет повышаться, возрастет гидростатическая составляющая потерь напора, и характеристика сети пройдет выше. Рабочая точка будет перемещаться по характеристике насоса вверх до тех пор, пока не займет положение точки Б. Режим работы, определяемый точкой Б, называется критическим, так как малейшее повышение противодавления сети приводит к тому, что режим скачкообразно переходит в точку В. При этом подача насоса Qв будет меньше расчетной. [c.132] Поскольку Qп Qfl, то уровень воды в баке начнет понижаться, гидростатическая составляющая потерь давления начнет уменьшаться, и характеристика сети расположится ниже. Рабочая точка будет перемещаться по характеристике насоса вниз до тех пор, пока не займет положения точки Г, режим работы в которой тоже не является устойчивым, так как незначительное понижение уровня воды в баке (например, вследствие инерционности процесса) приведет к скачкообразному переходу режима работы насоса в точку Д. При этом происходит резкое увеличение подачи — Qд Qг Так как Qд Qп, то уровень воды в баке начнет повышаться, следовательно, начнет возрастать гидростатическая составляющая потерь давления, и рабочая точка будет перемещаться по характеристике насоса из точки Д в точку Б, достигнув которой, скачкообразно перейдет в точку 5 и т. д. Скачкообразное изменение режима работы насоса по аналогии с работой поршневой машины получило название помпаж. Помпаж обнаруживается прежде всего по характерному, строго периодическому изменению шума насоса и интенсивным колебаниям напора в сети. Работа насоса в условиях помпажа крайне нежелательна и не должна допускаться при эксплуатации. Особенно нежелательна она в том случае, если точка В оказывается во П квадранте, т. е. когда режим работы переходит в область отрицательных подач. При отсутствии обратного клапана жидкость пойдет из бака в резервуар через насос (рис. 3.63,г). [c.132] Неустойчивая работа может наблюдаться и при работе вентиляторов, имеющих седлообразные характеристики с перегибом и явно выраженным максимумом. [c.132] Для предотвращения помпажа следует применять нагнетатели со стабильной формой напорной характеристики. При наличии западающего участка характеристики предотвратить или уменьшить помпаж можно установкой обратных клапанов, обеспечивающих работу нагнетателя в системе с подачами Q Qh max, уменьшением частоты вращения рабочего колеса уменьшением аккумулирующей способности системы расположением дросселирующей задвижки непосредственно за нагнетателем. [c.133] Кавитация. В насосах при достижении определенных условий может возникнуть явление, называемое кавитацией. Под кавитацией понимают образование при снижении гидростатического давления пузырьков газа в толще движущейся жидкости и схлопывание этих пузырьков внутри жидкости в зоне, где гидростатическое давление повышается. В лопастном насосе кавитация возникает на лопатке рабочего колеса вблизи ее входной кромки, т. е. там, где скорость потока максимальна. [c.133] В месте схлопывания пузырька (т. е. в момент его полной конденсации) возникает резкое увеличение давления (до сотен атмосфер). Если в этот момент пузырек пара находился на поверхности рабочего колеса или лопатки, то удар приходится на эту поверхность, что вызывает эрозию материала. Поверхность металла носит выщербленный характер. Процесс разрушения рабочих органов лопастных насосов является наиболее опасным следствием кавитации. Кавитация в лопастных насосах сопровождается резким шумом, треском и даже вибрацией насосной установки и, что особенно важно, падением напора, мощности, подачи и КПД. [c.133] Материалов, имеющих абсолютную устойчивость против кавитационного разрушения, не существует, поэтому работа насосов в кавитационном режиме не допустима. Это означает, что работа любого лопастного насоса должна осуществляться в бескавитационном режиме. [c.133] В силу того, что точки айв находятся на достаточно близком расстоянии друг от друга, потерями напора на этом участке можно пренебречь, а переносные скорости вращения этих точек можно считать равными. [c.134] Если понижать давление р в потоке перед входом в рабочее колесо, оставляя неизменной подачу, то вследствие безотрывного течения жидкости скорости W и w не изменяются, а давление р в точке в будет понижаться на ту же величину, что и давление pi. [c.134] Из выражения (3.67) видно, что снижением давления Р] обусловливается увеличение статической высоты всасывания Hs. Поскольку понижение давления ру вызывает уменьшение давления р ь то, как это следует из выражения (3.69), наибольшего значения для данного насоса величина Нз достигнет тогда, когда давление у тыльной части лопатки р х будет равно давлению насыщенных паров перекачиваемой жидкости, т. е. при Р 1 = Р1. [c.136] Назовем кавитационным запасом Д/г превышение полного напора жидкости во всасывающем патрубке перед рабочим колесом над напором, создаваемым давлением насыщенных паров, т. е. [c.136] Критический кавитационный запас АЛкр соответствует критическому числу кавитации Якр. [c.137] Как видно из уравнения (3.73), чем больше кавитационный запас, тем меньше статическая высота всасывания и, следовательно, хуже кавитационные качества насоса. [c.137] Для определения критического кавитационного запаса проводят кавитационные испытания насоса. В результате для каждого режима работы насоса получают так называемую кавитационную характеристику, которая представляет собой зависимость напора и мощности насоса от кавитационного запаса при постоянной частоте вращения привода и подаче. Типичная кавитационная характеристика приведена на рис. 3.66. [c.137] Из выражения (3.77) следует, что кавитационные свойства насоса тем выше, чем больше величина С. При работе в оптимальном режиме плохих в кавитационном отношении насосов для первого критического режима можно принимать С=600- -700, для нормальных насосов С=800ч-1000, для насосов с повышенными кавитационными свойствами С= 13004-3000. Эти коэффициенты принимают безразмерными при подстановке в формулу (3.77) подачи Q, м /с, п, об/мин, и Айкр, м. [c.139] Для насосов двухстороннего всасывания поток делится поровну между двумя входами в рабочее колесо. Для насосов двухстороннего входа в формулу (3.77) следует подставлять половинную подачу насоса, поэтому высота всасывания насоса двустороннего входа больше, чем одностороннего при прочих равных условиях. [c.139] Вернуться к основной статье