Как убрать кавитацию в трубе

Кавитация насоса и пути ее устранения

Физически это явление объясняется тем, что в жидкости всегда присутствует какое-то количество растворенного газа.

Физически это явление объясняется тем, что в жидкости всегда присутствует какое-то количество растворенного газа.

При движении жидкости в ней могут возникать зоны разрежения. В результате выделяются пузыри.

Попадая с потоком в зону более высоких давлений, пузыри схлопываются, выделяя энергию, которая разрушает поверхность рабочих колес насоса, улиток и т.д.

Эта энергия также создает ударные волны, вызывающие вибрацию, распространяющуюся на рабочее колесо насоса, вал, уплотнения, подшипники, повышая их износ.

Возникновение кавитации в насосе обусловлено разными причинами ( Любой вид кавитации связан с неучетом важных правил гидравлики и гидродинамики).

Каждый насос характеризуется величиной кавитационного запаса ∆hтр, обозначаемой западными насосными фирмами NPSHR. Это то минимальное давление, в пределах которого у жидкости, попадающей в насос, сохраняется состояние собственно жидкости. Величину ∆hтр в номинале и кривую зависимости ∆hтр от подачи/напора обязан предоставлять производитель насоса.

Насос в станцию необходимо подбирать, устанавливать и обвязывать так, чтобы он располагал в зоне своей работы (определяется наложением характеристик насосов и системы водоводов) тем допустимым кавитационным запасом ∆hдоп (или NPSHA), величина которого была бы выше ∆hтр (NPSHA > NPSHR).

Пример. Нужно определить геометрическую высоту всасывания Но для насоса с ∆hтр = 7,0 м.

Расчетом из таблиц получаем потери: на входе в насос Hi = 0,6 м; на трение во всасывающей линии Hf = 0,3 м; на задвижке Нv = 0,1 м; на конфузоре Нк = 0,1 м; давление насыщенных паров Hvp = 0,2 м. Величина Но равна Hs со знаком минус.

Для получения искомой Но применим систему из трех уравнений.

Но = – Hs,(4.2) так как уровень воды отрицательный по отношению к оси насоса.

Требуемый кавитационный запас ΔhTP обычно вычисляют по характеристике, представляемой производителем насоса. Кривая ΔhTP начинается с точки нулевой подачи и медленно растет с увеличением. Когда подача превышает точку наибольшего КПД насоса кривая ΔhTP резко возрастает, по экспоненте. Зона справа от точки максимального КПД обычно является кавитационно опасной. Кавитационный запас не поддается контролю с точки зрения механики, и оператор насосной станции (особенно если он не ознакомлен с характеристиками насосов ) улавливает по металлическому шуму и щелчкам уже развитую кавитацию. К сожалению, на рынке слишком мало приборов, позволяющих наблюдать и предотвращать кавитацию. Хотя датчик давления всасывающей стороне насоса, подающий сигнал тревоги при падении давления ниже допустимого для конкретного агрегата, мог бы и должен бы применяться повсеместно.

Многие операторы знают, что звук пропадает после прикрытия задвижки. Но, снижая тем самым подачу и кавитацию, можно не достичь технологических параметров производственного процесса или водоснабжения / водоотведения. Для того, чтобы правильно устранить кавитацию нужно использовать принцип – на входе в насос должно всегда быть жидкости больше, чем на выходе. Вот несколько простых способов как этого достичь:

— замените диаметр всасывающего патрубка на больший;

— переместите насос ближе к питающему резервуару, но не ближе 5-10 диаметров всасывающей трубы;

— понизьте сопротивление во всасывающей трубе, заменой ее материала на менее шероховатый, задвижки на шиберную, характеризующуюся меньшими местными потерями, удалением обратного клапана;

— если всасывающая труба имеет повороты, уменьшите их количество и (или) замените отводы малых на большие радиусы поворота, сориентировав их в одной плоскости (иногда правильно заменить жесткую трубу гибкой);

— увеличьте давление на всасывающей стороне насоса повышением уровня в питающем резервуаре либо снижением оси установки насоса, либо использованием бустерного насоса.

Изложенные способы просты и понятны любому специалисту, но далеко не всегда этим руководствуются.

Оказалось, что патрубки имеют одинаковые диаметры по 300мм. Чем руководствуется насосная фирма догадаться не трудно. С подходящим под данную подачу всасывающим патрубком Ø400 или Ø500 возросли бы размер улитки и цена. Но, если бы проектировщик подсчитал получаемые скорости на входе в насос 5,5 м/с, а за насосом 3,1 м/с, то смог бы убедить заказчика отказаться от насоса, способного кавитировать, хотя и менее дорогого.

В насосной станции смонтированы агрегаты сухой горизонтальной установки выше уровня воды в приемном резервуаре на 2,8м.

Их номинальные параметры: Q=3500 м3/ч, Н=26м, ∆hтр(NPSHR)=7.7м. Насосы кавитируют. Реально они работают в точке Q=3900 м3/ч, Н=24м, где ∆hтр(NPSHR)=8,6м. Диапазон производительности насосной станции 6 000-10 000 м3/ч.

С помощью формулы этого параграфа подсчитываем ∆hдоп(NPSHA)=5.8м. Отсюда ∆hдоп 1,1∆hтр=6,6м

Угрозы кавитации нет.

Энергетические затраты по вариантам показывают явное преимущество в использовании бустерных насосов, а денежная разность их (2081 272 руб) сравнима с закупочной ценой за агрегат.

Кроме того установка редукционного клапана не исключит проблем:

Наличие воздуха во всасывающем трубопроводе, следовательно, неустойчивой работы насосов;

Уменьшения ресурса работы подшипниковых узлов и уплотнений (при подаче 2000 м3/чач насос работает на границе ограничения по Qmin, с повышенными осевыми и радиальными силами)

Таким образом, можно оценить целесообразность и эффективность мероприятий по устранению кавитации.

Источник

Методы снижения кавитации

Как известно, кавитация (также часто называемая «белым шумом») возникает из-за того, что по той или иной причине повышается скорость среды в трубопроводе и, соответственно, резко падает давление. И здесь нужно заметить вот что: некоторые пытаются решить проблемы с образованием пузырьков газа или пара, увеличивая проходное сечение трубопровода, думая, что таким образом среда будет меньше воздействовать на стенки трубопровода. Однако в действительности расширение диаметра труб приводит лишь к обратному эффекту, и нетрудно понять, почему. Дело в том, что при увеличении сечения давление падает ещё больше, а значит, в этом участке системы количество образующихся каверн будет увеличиваться тем больше, чем больше будет увеличиваться сечение. Поэтому выход заключается не в увеличении диаметра труб или сечения трубопроводной арматуры, а в том, чтобы увеличить обратное давление в трубопроводе.

Известно, что повышение обратного давления всего лишь на 5% в разы сокращает кавитацию, а если его повысить уже на 10%, то кавитационные процессы в 99% случаев останавливаются полностью. Кроме того, нужно обратить внимание и на материал изготовления труб. Если в вашей трубопроводной системе установлены алюминиевые трубы, имеет смысл заменить их на трубы из чугуна или стали — это в разы сократит процессы эрозии. Это же справедливо и для различных видов трубопроводной арматуры — например, предохранительной и регулирующей. Что же касается клапанов с возможностью авторегулировки давления (например, клапанов прямого действия), то воздействие эрозии на них сводится к минимуму, так как функция регулировки давления позволит практически исключить возникновение кавитации. Это, кстати, хороший повод использовать в тех трубопроводных системах, которые подвержены кавитационным процессам, клапаны с авторегулировкой давления.

И надо сказать, что переход на подобные клапаны не представляет сегодня большого труда, поскольку они выполняются по тем же стандартам (габаритные размеры, диаметры сечения, номинальное давление и температура и т.д.). Если же речь идёт о насосном оборудовании, то здесь хотелось бы предостеречь заказчиков от возможного применения выпускных клапанов для снижения кавитации. Выпускные клапаны не решат этой проблемы, так как после блокировки клапана и увеличения давления в насосе затем происходит резкое падение давления в результате срабатывания клапана, а значит создаётся благоприятная возможность для образования кавитации. А вот повышение обратного давления здесь, опять же, представляется оптимальным вариантом. При этом нужно стараться создать такие условия работы трубопроводной арматуры, чтобы перепады давления были минимальны.

Здесь нелишне напомнить читателю о том, что уменьшение давления ведёт к тому, что увеличивается скорость потока и возрастает температура среды (законы сохранения энергии никто не отменял). И понижение давления, допустим, на 100 бар даёт нам прибавку температуры на 7°C. Таким образом, хотим мы того или нет, но нагревание так или иначе будет сопровождаться кавитацией; другое дело, что в нашей власти сделать перепады давления более плавными — желательно в 3 этапа. В этом случае образование пузырьков пара и/или газа будет сведено к минимуму. Особенно это важно делать, если в качестве рабочей среды в трубопроводной системе выступают жидкости с высокими значениями удельной плотности (к которым относится в том числе и вода).

Таким образом, мы выяснили, что наиболее эффективными способами борьбы с кавитацией являются лишь те, которые позволяют снизить или сделать более плавными перепады давления в трубопроводной системе. Подъём обратного давления представляется самым разумным решением там, где нет возможности использовать клапан другого типа (с автоматической регулировкой давления), а что касается основных элементов трубопроводной системы — собственно труб, то лучше использовать трубы из соответствующих материалов — например, стальных или чугунных.

Источник

Кавитация насосов и пути ее устранения

Каждый насос характеризуется величиной кавитационного запаса ∆h_тр, обозначаемой западными насосными фирмами NPSHR. Это то минимальное давление, в пределах которого у жидкости, попадающей в насос, сохраняется состояние собственно жидкости. Величину ∆h_тр в номинале и кривую зависимости ∆h_тр от подачи/напора обязан предоставлять производитель насоса.

Насос в станцию необходимо подбирать, устанавливать и обвязывать так, чтобы он располагал в зоне своей работы (определяется наложением характеристик насосов и системы водоводов) тем допустимым кавитационным запасом ∆h_доп (или NPSHA), величина которого была бы выше ∆h_тр (NPSHA > NPSHR).

Пример. Нужно определить геометрическую высоту всасывания Н_о (рис 2) для насоса с ∆h_тр = 7,0 м.

Расчетом из таблиц получаем потери: на входе в насос H_i = 0,6 м; на трение во всасывающей линии H_f = 0,3 м; на задвижке Н_v = 0,1 м; на конфузоре Н_к = 0,1 м; давление насыщенных паров H_vp = 0,2 м. Величина Н_о равна H_s со знаком минус.

Требуемый кавитационный запас Δh_TP обычно вычисляют по характеристике, представляемой производителем насоса. Кривая Δh_TP начинается с точки нулевой подачи и медленно растет с увеличением. Когда подача превышает точку наибольшего КПД насоса кривая Δh_TP резко возрастает, по экспоненте. Зона справа от точки максимального КПД обычно является кавитационно опасной. Кавитационный запас не поддается контролю с точки зрения механики, и оператор насосной станции (особенно если он не ознакомлен с характеристиками насосов) улавливает по металлическому шуму и щелчкам уже развитую кавитацию. К сожалению, на рынке слишком мало приборов, позволяющих наблюдать и предотвращать кавитацию. Хотя датчик давления всасывающей стороне насоса, подающий сигнал тревоги при падении давления ниже допустимого для конкретного агрегата, мог бы и должен бы применяться повсеместно.

Многие операторы знают, что звук пропадает после прикрытия задвижки. Но, снижая тем самым подачу и кавитацию, можно не достичь технологических параметров производственного процесса или водоснабжения/водоотведения. Для того, чтобы правильно устранить кавитацию нужно использовать принцип – на входе в насос должно всегда быть жидкости больше, чем на выходе. Вот несколько простых способов как этого достичь:
— замените диаметр всасывающего патрубка на больший;
— переместите насос ближе к питающему резервуару, но не ближе 5-10 диаметров всасывающей трубы;
— понизьте сопротивление во всасывающей трубе, заменой ее материала на менее шероховатый, задвижки на шиберную, характеризующуюся меньшими местными потерями, удалением обратного клапана;
— если всасывающая труба имеет повороты, уменьшите их количество и (или) замените отводы малых на большие радиусы поворота, сориентировав их в одной плоскости (иногда правильно заменить жесткую трубу гибкой);
— увеличьте давление на всасывающей стороне насоса повышением уровня в питающем резервуаре либо снижением оси установки насоса, либо использованием бустерного насоса.

Изложенные способы просты и понятны любому специалисту, но. Рассматриваю недавно проект выполненный авторитетной, проектной организацией и обнаруживаю, что насосы с подачей 1400 м 3 /ч оборудованы задвижками (рис. 3) диаметрами 400 мм с напорной и 300 мм со всасывающей стороны (!?) «Вы перепутали диаметры» – говорю – «Не может насос, изготавливаемый солидной европейской фирмой, быть выполнен вопреки классическому правилу: всасывающий патрубок должен быть больше напорного!»

Рис. 3. Пример неверной обвязки насос насоса. Диаметр всасывающего патрубка меньше чем напорного.

Оказалось, что патрубки имеют одинаковые диаметры по 300мм. Чем руководствуется насосная фирма догадаться не трудно. С подходящим под данную подачу всасывающим патрубком Ø400 или Ø500 возросли бы размер улитки и цена. Но, если бы проектировщик подсчитал получаемые скорости на входе в насос 5,5 м/с, а за насосом 3,1 м/с, то смог бы убедить заказчика отказаться от насоса, способного кавитировать, хотя и менее дорогого.

В насосной станции смонтированы агрегаты сухой горизонтальной установки выше уровня воды в приемном резервуаре на 2,8м. Их номинальные параметры: Q=3500 м 3 /ч, Н=26м, ∆hтр(NPSHR)=7.7м. Насосы кавитируют. Реально они работают в точке Q=3900 м 3 /ч, Н=24м, где ∆hтр(NPSHR)=8,6м. Диапазон производительности насосной станции 6 000-10 000 м3/ч.

С помощью формулы (4.3) этого параграфа подсчитываем ∆hдоп(NPSHA)=5.8м. Отсюда ∆hдоп 3 /ч, при котором ∆hтр=3,8м 3 /ч. Строим графики совместной работы трех насосов с тремя клапанами и трубопроводов (рис 4). Три насоса справляются с минимальным притоком 6000 м 3 /ч.

Вариант 2 (с бустерным насосом).
Из предыдущих расчетов видно, что недостаток напора на всасывающей стороне насоса составляет 3,7 м. Наиболее просто монтируемыми и подходящими для значительных объемов на небольшую высоту являются насосы с осевыми или диагональными рабочими колесами (рис 4,5). Такие агрегаты устанавливаются непосредственно в нагнетательную колонну (в данном случае открытую). Подбираем насос с номинальными параметрами Q=3000 м 3 /ч, Н=5,5 м, КПД=83%. Строим характеристики работы пары последовательно соединенных насосов (рис. 6) и трех пар последовательно – параллельно соединенных насосов (рис. 7) совместно с водоводом.

Рисунок 4. Графики совместной работы 3-х насосов с регулируемыми клапанами (или одним клапаном на гребенку) и водоводов.

1,2,3-графики одно, двух и трех параллельно работающих насосов соответственно. 4,5,6-графики водоводов с редукционными клапанами (клапаном), поддерживающим давление в системе 3,5 бар при работе одного, 2-х и 3-х насосов соответственно 7-характеристика водовода без дросселирования.

Рис. 5 Погружной осевой насос 1, создающий подпор насосу сухой установки 2.

Пуск существующего насоса осуществляется с задержкой, после того как осевой бустерный агрегат наполнит колонну водой до возможного излива.
Анализ характеристик показывает:
Подача бустерного агрегата (рис. 6) в рабочем диапазоне выше, чем у существующего, что обеспечило стабильный подпор последнему.

Рис. 6 Графики работы последовательно соединенных насосов и водовода

1-характеристика насоса сухой установки 2-совместная характеристика последовательно работающих насосов 3-характеристика водовода.

Рабочая точка двух пар параллельно действующих насосов (рис. 7) соответствует Q=7200 м 3 /ч, Н=30м и находится в зоне оптимума обоих агрегатов.

Рис. 7. График параллельной работы трех пар последовательно соединенных насосов и водовода

1,2,3-графики работы одной, 2-х, 3-х пар последовательно соединенных насосов, соответственно 4-характеристика водовода.
Требуемый кавитационный запас существующих насосов сухой установки в этой точке ∆hтр=6м
Подсчитываем располагаемый кавитационный запас формуле (4,3):
∆hдоп=10+2,0-0,2-0,2-0,1-0,3-0,6=10,6 м
Отсюда ∆hдоп=10,6>1,1∆hтр=6,6м
Угрозы кавитации нет.

Энергетические затраты по вариантам показывают явное преимущество в использовании бустерных насосов, а денежная разность их (2081 272 руб) сравнима с закупочной ценой за агрегат.
Кроме того установка редукционного клапана не исключит проблем:
Наличие воздуха во всасывающем трубопроводе, следовательно, неустойчивой работы насосов;
Уменьшения ресурса работы подшипниковых узлов и уплотнений (при подаче 2000 м3/чач насос работает на границе ограничения по Qmin, с повышенными осевыми и радиальными силами)
Таким образом, можно оценить целесообразность и эффективность мероприятий по устранению кавитации.

Список литературы:
[1] Bachus L, Custodio A. Know and Understand Centrifugal Pumps.
Elsevier, Oxford, 2003.

Березин С.Е.
ЗАО «Водоснабжение и водоотведение», Москва, Россия

Источник

Способы борьбы с кавитацией

Основным способом борьбы с кавитацией является максимальное снижение разрежения в зонах возможной кавитации, которое частично может быть достигнуто за счет повышения окружающего давления. В частности, в борьбе с кавитацией во всасывающей камере насосов основным является обеспечение на всасывании такого давления, которое способно было бы преодолеть без разрыва потока жидкости гидравлические потери во всасывающей магистрали и в самой камере всасывания, включая сопротивление, обусловленное инерцией жидкости.

Очевидно, что для того, чтобы жидкость развила в рабочей камере насоса (в цилиндре и пр.) необходимое ускорение, требуемое для предотвращения отрыва ее от всасывающего элемента (поршня и пр.), к ней необходимо приложить соответствующее давление. Сила Р инерции жидкости при этом определится так:

где m – масса рассматриваемого объекта движущейся жидкости;

j – максимальное ее ускорение.

Для преодоления этой силы на входе во всасывающую камеру насоса должно действовать давление , где F – сечение потока.

Повышение давления достигается наддувом бака гидросистемы газом (поддавливанием), а также установкой подкачивающих насосов, эжекторов и прочими средствами.

В общем случае условие бескавитационной работы насоса можно выразить уравнением

где Р_б – давление в жидкостном баке, питающем насос;

h – разность между уровнем жидкости в баке и выходным штуцером насоса;

Σр_n – сумма потерь напора во всасывающей магистрали;

Р_i – потеря напора, обусловленная ускорением жидкости во всасывающих каналах насоса и подводящем трубопроводе;

u_вх– скорость жидкости во входном окне (канале) насоса;

γ – объемный вес жидкости;

Р_к – критическое давление, при котором наступает активное выделение из жидкости пузырьков воздуха; это давление зависит от вязкости жидкости и ее температуры, а также от степени насыщения жидкости воздухом.

Ввиду трудности вычисления величины инерционной потери-напора р_i она обычно учитывается запасом р_а, значение которого обычно принимается для распространенных насосов и режимов их работы равным 300—400 мм рт. ст.

С целью снижения потерь напора во всасывающем трубопроводе необходимо устанавливать насос как можно ближе к питающему баку и ниже уровня жидкости в нем, а также увеличивать сечение трубопровода и уменьшать количество местных гидравлических сопротивлений на пути течения жидкости от бака к насосу.

Для обеспечения бескавитационных условий работы насосов применяют также различные конструктивные усовершенствования. Одним из радикальных способов борьбы с кавитацией в насосах является повышение давления на входе в насос, достигаемое применением вспомогательных насосов для подкачки или искусственного наддува газом жидкостных резервуаров, а также применением прочих средств, одним из которых является использование энергии потока жидкости в сливной магистрали гидросистемы с помощью эжекторов (рис. 21).

Рис. 21. Расчетная схема эжектора

Расчет эжектора (при q = Q₁/Q₂ = 0 ÷ 1,5) обычно производят по эмпирической формуле (без учета потерь)

где q = Q₂/Q₁ – коэффициент смешения жидкостей (Q₁ и Q₂ – объемный расход эжектирующей и эжектируемой жидкости);

Δh – разность давлений в смесительной камере а и на выходе из диффузора b, в мм рт. ст.;

– скоростной напор эжектируемого потока в мм. рт. ст.;

u₁ – скорость эжектируемого потока в м/сек;

– коэффициент, характеризующий отношение площади F₀ сечения смесительного трубопровода к площади F₁ сечения сопла нам выходе.

Длина смесительного трубопровода принимается равной (8 ÷ 10)d. При предварительных расчетах пользуются также упрощенной эмпирической формулой

Для уменьшения действия кавитации применяют коррозионно-стойкие материалы (стали с добавкой хрома и никеля) при одновременной тщательной обработке их поверхностей, омываемых кавитируемой жидкостью. Применяют также покрытия деталей материалом, стойким против кавитационного разрушения (бронзой, хромом и пр.).

Как правило, стойкость материалов кавитационному разрушению повышается с увеличением механической и химической (окислительной) стойкости, причем лучшие результаты дают материалы, в которых совмещаются оба эти качества. Наименьшую стойкость имеют чугун и углеродистая сталь и наибольшую стойкость — бронза и нержавеющая сталь. Наиболее стойким из известных материалов является титан.

Увеличение твердости материала повышает, как правило, антикавитационную стойкость. Так, например, увеличение твердости нержавеющей стали от НВ 150 до НВ 400—420 повышает ее антикавитационную стойкость в 10 раз и более. Увеличением твердости можно также несколько повысить антикавитационную стойкость углеродистых сталей, однако детали из этих сталей не могут обеспечить приемлемый ресурс времени при возможных твердостях.

Полностью устранить разрушительное действие кавитации путем применения стойких против коррозии материалов не представляется возможным. Разрушению, хотя и менее интенсивному, подвергаются при известных условиях детали из таких материалов как стекло, золото и пр., что свидетельствует о преобладании в рассматриваемом процессе их разрушения механических факторов.

Источник

Не все то кавитация, что шумит

Кавитация в камере насоса явление, мягко говоря, не желательное. Последствия разрушительного действия тысяч микроскопических гидроударов на рабочие колеса насосов видны на Рис 1, 2. Процесс кавитации сопровождается характерным звуком, шипением с металлическим звоном.
Рис 1 Рис 2

Но если вы слышите звук и думаете, что это кавитация, то это не всегда так. Вернемся к физике процесса.

Кавитация и как её избежать

Из курса физики известно, что температура кипения воды зависит от давления. При нормальном атмосферном давлении вода закипает при 100°С, а на высокогорных плато, где атмосфера разрежена и давление ниже, уже при 70°.

В приемной камере насоса давление может падать до нескольких процентов от атмосферного и часть воды закипает даже при температуре 7-10°С, с образованием множества микроскопических пузырьков пара. А при прохождении жидкости через рабочее колесо, давление резко возрастает, процесс кипения прекращается, пузырьки схлопываются. Процесс резкого схлопывания сопровождается ударной волной (гидроударом), которая и разрушает рабочие части насоса и вызывает характерный шум.

Чтобы не допустить возникновения кавитации производители насосов в характеристиках указывают параметр NPSH: Net Positive Suction Head – чистый гидравлический напор (кавитационный запас). Измеряется в метрах водяного столба.

По сути, он значит, что давление перекачиваемой жидкости на всасывающей стороне насоса не должно опускаться ниже указанного уровня NPSH.

На Рис 3 изображен образец графика кривой насоса. Для выбранной рабочей точки Q=16,2м3\ч; H=45,5м кавитационный запас составляет 1,4 метра.

Чтобы оценить склонность системы к возникновению кавитации нужно сравнить реальное давление на всасывающей стороне (маркируется NPSHa) с данными от производителя (паспортным NPSH, в нашем примере =1,4 м, его еще маркируют NPSHr). Для стабильной работы насоса рекомендуется, чтобы уровень NPSHa был больше NPSHr минимум на 0,5м – в нашем примере NPSHa должен быть не меньше 1,4+0,5=1,9 метра.

Проще всего измерить уровень NPSHa с помощью манометра, установленного на всасывающей стороне перед насосом.

Но сделать это не всегда возможно, поэтому приводим несколько формул для расчета уровня NPSHa, для самых распространенных вариантов. Эскизы и формулы также полезны для понимания физики процесса.
Рис 4 Рис 5

Pb = атмосферное давление, в метрах;

Vp = Давление насыщенных паров жидкости при максимальной рабочей температуре жидкости, в метрах;

P = Давление на поверхности жидкости в закрытой емкости, в метрах;

Ls = Максимальная высота всасывания, в метрах;

Lh =Максимальная высота подпора, в метрах;

Hf = Потери на трение во всасывающем трубопроводе при требуемой производительности насоса, в метрах.

Но похожий звук могут давать и растворенный в воде воздух, который тоже образовывает пузырьки при падении давления. Вреда от этих пузырьков существенно меньше, так как они не могут так резко схлопнуться, чтобы образовать ударную волну.

Но если воздуха в воде будет слишком много, а так бывает если идет подсос через трещину в трубе или повреждение фланцевых уплотнений, то в рабочей камере насоса может образоваться «воздушный замок» и движение жидкости останавливается. Насос все же не компрессор и протолкнуть воздушную пробку не может, и в результате перестает качать. Давление на выходе падает, и хорошо, если насос отключит система защиты от сухого хода. Иначе насос выйдет из строя.

Но даже если воздуха в жидкости недостаточно чтобы образовать воздушную пробку и остановить поток, эта «гремучая смесь» вызывает вибрацию, которая вредит подшипниками и торцевым уплотнениям, а шум легко спутать с кавитацией.

Эта проблема чаще присуща самовсасывающим системам (см. Рис. 4, 6). Давление на всасывающей стороне у них ниже атмосферного и, если погруженный в емкость патрубок оказывается слишком близко к поверхности, он засасывает водно-воздушную смесь, которая и вызывает вышеописанные проблемы.

Чтобы рассчитать минимально необходимую глубину погружение патрубка существует множество формул главными переменными, в которых являются размер (производительность) насоса и скорость движения жидкости во всасывающем трубопроводе. Но по опыту эксплуатации и эмпирическим данным известно, что:

Вихри и водовороты в области заборного патрубка

Бывают ситуации, когда выдержать требования по глубине погружения или скорости движения жидкости через водозаборный патрубок невозможно. В таких случаях есть опасность образования водных вихрей (водоворотов) в районе всасывающего патрубка. Структура формирования вихря показана на Рис 8.

Рис 8

Закручивающийся водный поток образует «хобот», который затягивает воздух во всасывающий патрубок. К чему это может привести описано в предыдущем пункте.

А если сам «хобот» вихря поднимется по трубе в камеру насоса, то перед тем как он будет «разрублен» рабочим колесом, вал, само колесо и подшипниковые узлы испытывают значительные динамические нагрузки, и вибрацию. Тем более, что сам по себе водяной вихрь нестабилен, и его конец «гуляет» по радиусу рабочего колеса.

Эффективно противостоять возникновению вихря внутри всасывающего патрубка помогает раструб (колокол) на конце трубопровода, диаметр которого в 1,3 раза больше диаметра основной всасывающей трубы, см. Рис. 9. Кромка колокола разрубает «хобот» водоворота и не дает ему подняться в трубу.

Если раструба недостаточно специалисты рекомендуют также вертикальные перегородки вокруг труб, похожие на ракетные стабилизаторы.

На Рис 10, 11 изображены крайне нежелательные варианты взаимного расположения труб, которые увеличивают опасность возникновение вихрей во всасывающем трубопроводе.
Рис 10 Рис 11

Если конструкция и размеры резервуара не позволяют максимально удалить всасывающие и напорные трубопроводы друг от друга, специалисты-гидротехники рекомендуют устанавливать между ними перегородку, которая будет разрушать вихревые потоки.

Надеемся материал статьи был для вас полезен, если есть дополнительные вопросы по подбору и эксплуатации насосного оборудования, звоните нам +38 (044) 587-78-30. Наш технический отдел всегда к вашим услугам.

Поделитесь статьей в соц сетях с Вашими коллегами, которым важно знать такие факты.

Источник