Главная » 2014 » Август » 14 » Кавитация в поршневых насосах. Графики, схемы, расчет.
18:35
Кавитация в поршневых насосах. Графики, схемы, расчет.
Кавитация в поршневых насосах
Внешним проявлением кавитации в насосе являются шум и вибрация при его работе, а при развитой кавитации снижение подачи. На рис. 3.13 показаны кавитационные характеристики насоса.
Рис. 3.13. Кавитационные характеристики поршневых и роторных насосов
Из их рассмотрения следует, что развитая кавитация возникает в следующих случаях, если при постоянном давлении перед входом в насос его частота вращения п чрезмерно велика (п > /гтах); если при постоянной частоте вращения давление Рг перед входом в насос чрезмерно мало (рг < pimin). Причиной снижения подачи в обоих случаях является уменьшение давления в цилиндрах до такого предельного значения pmim при котором из-за кавитации часть их объема остается к концу цикла всасывания незаполненной жидкостью. Во время заполнения жидкость поступает в рабочие камеры под действием давления р0 перед входом в подводящую линию (рис. 3.14). Будем считать, что насос имеет выровненную подачу и скорость в подводящей линии пульсирует слабо. Прерывистое движение существует только в патрубках П, питающих отдельные цилиндры. Длина таких патрубков мала и поэтому инерционные понижения давления практически отсутствуют. Эти условия соответствуют большинству случаев эксплуатации насосов. Давление Р1ц в цилиндре меньше давления р0 перед входом. Их разность составляют затраты энергии pgH на преодоление высоты всасывания Я, на преодоление потерь Рп1 в подводящем тракте, на преодоление потерь во всасывающем клапане рк и на поддержание движения жидкости в цилиндре со скоростью vm:
Рис. 3.14. Схема тракта всасывания насосной установки
члены уравнения (3.34), кроме определяемого Я, пропорциональны подаче насоса и зависят от частоты его вращения п. При этом потери Рч 1 = £ pi>x/2 (здесь fT — скорость жидкости в трубе) определены средней суммарной подачей из всех цилиндров. Потери рк зависят соответственно характеристике клапана (см. рис. 3.6) от расхода QK = поступающего в каждый цилиндр. Этим же расходом определяется и vm. На рис. 3.15, а представлен график уравнения (3.17) скорости поршня va — f (а). Применив другой масштаб по оси ординат, его можно рассматривать как график скорости нарастания объема цилиндра насоса QaT — Sva — f (ос). Площадь 0—1—2—3—5—6—0 под графиком выражает объем цилиндра VK = Sk. Если давление р0 ограничено, то при некоторой достаточно большой частоте вращения скорость поршня может достигнуть критического значения vnl, при котором давление в цилиндре достигнет предельного минимального значения Р1ц = РmiD (см. график Р1ц = / (а)). Обычно /7min ~ Рн.п давлению насыщенных паров жидкости. При этом жидкость оторвется от поршня, в цилиндре будет образовываться незаполненный объем Va, а жидкость будет поступать в цилиндр с постоянной скоростью max < va. Величина ижшах является предельной, так как соответствует предельному перепаду давлений р0 — pmin- На рис. 3.15, а объем F„ представлен площадью 1—2—3—1. При замедлении поршня, после режима 3, жидкость продолжает поступать В ЦИЛИНДР со скоростью V,к max > vn пока в цилиндр не поступит объем F„ восполнения парогазовой полости, равный Va (площадь 3—4—5—3).
Рис. 3.15. Графики подачи поршневого насоса при кавитации в цилиндре
При описанном процессе всасывания с начальной кавитацией цилиндр к концу входа всасывания будет заполнен и подача пасоса не снизится, а его работа будет протекать с повышенным шумом и вибрацией. Непременное присутствие в жидкости растворенного газа, выделяющегося из раствора при понижении давления, размывает процессы начала и завершения существования незаполненной полости в окрестностях точек 1 м 4 (см. штриховую линию 1'—3—4'—5'). Критический режим развитой кавитации, при котором начинается снижение подачи, характеризуется условиями F„ = VB при окончании процесса восполнения в точке 6 (рис. 3.15, б). Кавитация в критических условиях должна начаться при вполне определенном теоретическом значении у„кр = ужтах) близком по величине значению средней скорости поршня у.ср, представляющей собой высоту прямоугольника 0—7—8—5—0, равновеликого площади под синусоидой va — f (a),
Коэффициент ф является переменной экспериментальной величиной и зависит в основном от количества нерастворенного газа, содержащегося в жидкости, поступающей в цилиндр. При отсутствии газа оп близок к своему теоретическому значению согласно выражению (3.36). При значительном количестве нерастворенного газа ф = 1,З - 1,5.
Рис. 3.16. Графическое определение параметров критического кавитационного режима работы Из рассмотренного следует, что начало кавитационного снижения подачи характеризуется равенством
Оно связывает, при известных размерах рабочих органов насоса, характеристике его всасывающего клапана и характеристике всасывающей линии, давление р0 с величиной допустимой подачи Qa max или согласно (3.39) с птах — максимальной допустимой частотой вращения.
Потерю давления рк в клапане находят по его характеристике Рк = / (Qk) при Q„ = (p-2Q„max/z. Так как эта характеристика задается графически, уравнение (3.40) также удобно решать графически. Пример такого решения, соответствующий схеме рис. 3.14, показан на рис. 3.16, где точка А пересечения линии Артах предельного запаса давления с линией рп суммарных потерь определяет Q„max при заданном р0. Исследование кавитационных качеств насосов и, в частности, определение коэффициента ср, критической скорости поршня проводят при помощи экспериментальных кавитационных характеристик. Их снимают при рн — const, n — const и постепенном уменьшении давления pt на входе в насос, или при возрастающей частоте вращения п и рх = const. В результате испытаний по первому способу получают зависимости Q — / (р1) для постоянных значений частоты п (см. рис. 3.13, а). Второй способ позволяет получить кривые Q = / (п) для разных pt (рис. 3.13, б). Начало навигационного срыва подачи, обусловленное низким давлением Рх на входе в насос или высокой частотой вращения п вала насоса, на обоих графиках отмечено волнистыми линиями, а буквой А — области развитой кавитации. Результаты кавитационных испытаний по первому или второму способу дают возможность построить обобщенную кавитационную характеристику насоса в виде графика птях = / (ptmjn) (рис. 3.13, в). График позволяет находить птях при заданном Р1 или />imin при известном п.
